Präzisionsschnitte der Lunge

An menschlichem Lungengewebe frühe Ereignisse bei der Entstehung von Atemwegserkrankungen erforschen

Für eine bessere Vorhersage der Toxizität von Chemikalien und Arzneimitteln und für die Bewertung ihrer Sicherheit werden entsprechend dem 3R-Prinzip andere Modelle als Tiere benötigt. Ziel des 3R-Prinzips ist es, Tierversuche vollständig zu vermeiden (Replacement) und die Anzahl der Tiere (Reduction) und ihr Leiden (Refinement) in Versuchen auf das unerlässliche Maß zu beschränken. Da eine durch einen Wirkstoff, sei es eine Chemikalie oder ein Medikament, hervorgerufene unerwünschte Wirkung mit molekularen Initialereignissen in Verbindung gebracht werden kann, ist es möglich, frühe Ereignisse in der Pathogenese akuter und chronischer Atemwegserkrankungen durch Messung von Schlüsselereignissen auf der Zell- oder Gewebeebene zu untersuchen.

© Fraunhofer ITEM, Ralf Mohr
Präzisionslungenschnitte, sogenannte PCLS, können an der Luft-Flüssigkeitsgrenze gegenüber Chemikalien, Proteinen oder komplexen Gemischen wie Zigarettenrauch exponiert werden.

Menschliches Lungengewebe ist komplex, beinhaltet viele verschiedene Zelltypen sowie gewebeständige Immunzellen. Schädigungen gehen daher oft nicht nur mit einer erhöhten Ausschüttung intrazellulärer Enzyme einher, sondern auch mit der Freisetzung proinflammatorischer Chemokine und Zytokine wie TNF-α, IL-1β und anderer Stoffe, die als Marker für z. B. Entzündung und Fibrose dienen. Das Fraunhofer ITEM erhält aus zwei Krankenhäusern in Hannover menschliches Lungengewebe, dessen Qualität durch ein standardisiertes Verfahren bei der Gewebeentnahme und durch Qualitätskontrollen sichergestellt wird. Aus dem Lungengewebe gewinnen die Forschenden Präzisionslungenschnitte (sog. PCLS), die entweder unter Submersionskulturbedingungen oder an der Luft-Flüssigkeitsgrenze gegenüber verschiedenen Stoffen exponiert werden können. Durch die Kombination verschiedener Methoden und die Verwendung sowohl von gesundem als auch krankem Gewebe ist es möglich, Biomarker und Signalwege zu bestimmen, die durch Chemikalien verändert wurden.

In den vergangenen Jahren haben ITEM-Forschende ihr Know-how aufgebaut, um mithilfe der Nutzung von menschlichem Gewebe die Wirkstofffindung voranzubringen und die Sicherheit von Medikamenten und Chemikalien beurteilen zu können. In ersten Veröffentlichungen wurde dabei zunächst ein standardisierter Ansatz für die Ex-vivo-Verwendung von Lungengewebe zur Bewertung von Lungenschädigungen und -entzündungen definiert. Auf der Grundlage davon wurden Krankheitsmodelle für Asthma, COPD, Fibrose und Infektion entwickelt. Anhand dieser Krankheitsmodelle konnte beispielsweise gezeigt werden, wie eine medikamentöse Immunsuppression zu einem erhöhten Infektionsrisiko mit Influenza führen kann. Menschliches Lungengewebe erhöht dabei die Vorhersagekraft von Krankheitsmodellen und bietet einen Bezugspunkt, der mit klinischen Symptomen korrelieren kann. Dennoch bleibt die Einbindung von menschlichem Gewebe in die Forschung und Entwicklung eine große Herausforderung.

Präzisionsschnitte der Lunge

An menschlichem Lungengewebe frühe Ereignisse bei der Entstehung von Atemwegserkrankungen erforschen

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Precision Cut Lung Slices (PCLS)

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