Zellmodelle & Toxikologie

Die Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe „Zellmodelle & Toxikologie“ liegen in zellbasierten innovativen, aussagekräftigen In-vitro-Modellen zur toxikologischen Bewertung von Chemikalien und neuen Materialien sowie zur Pharmaforschung.

In der Arbeitsgruppe etablierte In-vitro- und Ex-vivo-Zellkulturmodelle, basierend auf Zelllinien oder Stammzellen stehen für spezifische Untersuchungen zur Verfügung und können je nach Fragestellung individuell angepasst werden. In-vitro- sowie Ex-vivo-Modelle von Luft-Flüssigkeits-Grenzschichten (z. B. Lungenbarriere) und Flüssigkeit-Flüssigkeits-Grenzschichten (z. B. intestinale Barriere, Blut-Hirn-Schranke) werden für Studien des Transports und der Interaktion von Chemikalien (wie z. B. PFAS, Bisphenol A-Alternativen, Schimmelpilzgifte) oder neuen Materialien, inklusive Nanomaterialien, mit der biologischen Barriere eingesetzt. Für Studien organspezifischer Effekte stehen Gewebemodelle, wie z. B. der Leber, zur Verfügung und werden jeweils an individuelle Fragestellungen angepasst. Kinetik-Studien der zellulären Aufnahme und Anreicherung sowie der subzellulären Verteilung der zu testenden Stoffe können durchgeführt werden. Eine Großzahl der Modelle kann mit fluidischen Systemen kombiniert werden. Weitere In-vitro-Modelle können bei Bedarf aufgebaut werden.

Aktuell besteht eine GLP-Zertifizierung in der Prüfkategorie 9 „Sonstige Prüfungen: Biologische und mikrobiologische Sicherheitsprüfungen an Medizinprodukten, Arzneimitteln und Zelltherapeutika“, in die diese In-vitro-Modelle mit einfließen können.

Neben der Entwicklung neuer In-vitro- und Ex-vivo-Testsysteme beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit dem Aufbau und der Evaluierung miniaturisierter Kultivierungseinheiten und nichtinvasiven Analysemethoden zur Untersuchung von Material-Zell-Interaktionen bis auf Einzelzellebene. Dafür entwickelt die Arbeitsgruppe zellbasierte Biosensoren und Organ-on-Chip-Systeme und beschäftigt sich mit der Miniaturisierung von sensorischen und fluidischen Systemen auf Basis von Silizium, Glas oder Kunststoff. Hierbei liegt ein Schwerpunkt auf der Realisierung mikrofluidischer Systeme für das Handling von biologischen Zellen, wie z. B. Zelltransport oder Zellseparation. Neben den konventionellen Methoden der Mikrosystemtechnik (Lithografie, Dünnschichttechnologie, Ätzverfahren, Replikationsverfahren) werden zunehmend Druckverfahren zur Funktionalisierung von Kunststofffolien eingesetzt. Dabei werden u. a. Proteintinten, Graphentinten und andere elektrisch leitfähige Tinten verwendet. Für das funktionelle Drucken stehen verschiedene Flachbett- und Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren zur Verfügung (Siebdruck, Inkjet-Druck und Flexodruck).

Neben der Frage nach der humantoxikologischen Wirkung neuer Materialien, Chemikalien aber auch synthetischer Nanomaterialien und der Entwicklung von verbesserten alternativen Testmethoden, auch im Rahmen der europäischen Chemikalienverordnung REACH, werden in der Arbeitsgruppe geeignete Analysenmethoden zur toxikologischen Sicherheitsbewertung etabliert und optimiert.

Von der Machbarkeitsstudie über toxikologische Screenings und die Konzepterstellung für präklinische Studien bis hin zur Entwicklung und Standardisierung von Alternativen zu Tierversuchen nach dem 3R-Konzept ("Replace", "Reduce" und "Refine") bietet die Arbeitsgruppe alle Stufen der Forschungs- und Entwicklungsarbeit an.