Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin
Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin

Stammzelltechnologien am Fraunhofer ITEM

Stammzelltechnologien und differenzierte Zelltypen für die Sicherheits- und Wirksamkeitsprüfung anwenden

Stammzelltechnologien haben in den letzten Jahren die biomedizinische Forschung revolutioniert und zu großen Fortschritten im Verständnis von Erkrankungen und den fundamentalen Grundlagen des menschlichen Körpers sowie zur Entwicklung neuartigen Therapieoptionen geführt. Das große Potenzial pluripotenter Stammzellen liegt dabei in ihrer Fähigkeit, sich in unterschiedlichste Zelltypen des Körpers zu entwickeln und sich zudem unbegrenzt zu vermehren.

Am Fraunhofer ITEM nutzen wir Technologien mit induziert pluripotenten Stammzellen (iPSCs) für unterschiedliche Anwendungen und differenzieren die Stammzellen in verschiedene Zelltypen. Der aktuelle Fokus liegt dabei auf humanen Immunzellen sowie auf kardialen Zelltypen, insbesondere Herzmuskelzellen, die beispielsweise in Toxizitätsprüfungen und Immunassays eingesetzt werden können. Diese einzigartige Expertise wird zudem als Grundlage für die Entwicklung von 3D-Organoidsystemen verwendet.

Es ist uns ein besonderes Anliegen, mit dieser Technologie standardisierte und qualitätsgesicherte human-relevante Zellsysteme und neuartige Modelle für die pharmazeutische Forschung und die Toxizitätsanalyse anzubieten.

Differenzierung von induziert pluripotenten Stammzellen

© Fraunhofer ITEM

Es gibt verschiedene Stammzelltypen, welche aufgrund ihres Ursprungs oder ihrer Eigenschaften (Potenz) unterschieden werden können. Dabei unterscheidet man zwischen pluripotenten Stammzellen wie embryonalen Stammzellen (ESC) und induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) sowie multipotente Stammzellen wie blutbildende Stammzellen. IPSCs können im Labor aus adulten Zellen durch eine sogenannte Reprogrammierung hergestellt werden und finden breite Anwendung in der Modellierung von Krankheiten und der Prüfung von Substanzen wie Arzneimitteln oder Chemikalien. Der Vorteil ist, dass sowohl patientenspezifische als auch hoch standardisierte Zellen eingesetzt werden können, um beispielsweise genetische Ursachen und Erkrankungen besser zu verstehen oder Therapeutika zu erforschen.

Für die Herstellung menschlicher Immunzellen aus iPS-Zellen nutzen wir am Fraunhofer ITEM eine modulare Plattformtechnologie, die eine flexible Skalierung vom kleinen bis zum großen Maßstab erlaubt. Grundlage dieses Prozesses ist die Bildung eines hämatopoetisches Organoids (Hemanoids), das frühe Stadien der Blutbildung nachbildet, im Prozess verbleibt und bis zu sechs Monate kontinuierlich Immunzellen produziert.

Aufbauend auf der Expertise am Fraunhofer ITEM können iPS-Zellen darüber hinaus auch in verschiedene Zelltypen des menschlichen Herzens differenziert werden – darunter auch patientenspezifische Zellen mit krankheitstypischen Merkmalen. Diese Zellen lassen sich sowohl in klassischen 2D-Kulturen als auch in multizellulären 3D-Organoiden verwenden.

Anwendungsbeispiele

 

© Fraunhofer ITEM, Ralf Mohr

Menschliche Immunzellen aus iPSC

  • human-basierte Screening-Systeme für Wirkstoff- und Sicherheitsprüfungen
  • funktionelle Immunzellmodelle (z. B. Makrophagen) zur Integration in Organoide und mikrophysiologische Systeme (MPS) wie Organ-on-a-Chip-Systeme
  • automatisierte, skalierbare Plattformen für reproduzierbare Ergebnisse
Mehr Info & Publikationen

© Fraunhofer ITEM

Authentische Organsysteme

  • multizelluläre Organoide zur Krankheitsmodellierung
  • iPSC-basierte Organoide, z. B. kardiologische Modelle
  • Makrophagen-integrierte Systeme und alternativ »immunkompetente« Systeme für realistische Toxizitäts- und Wirksamkeitstests

Umstieg auf tierversuchsfreie Testsysteme

Diese Forschung leistet einen wichtigen Beitrag zu den international vorangetriebenen 3R-Prinzipien (Replace, Reduce, Refine), die darauf abzielen, Tierversuche in der biomedizinischen Forschung zu ersetzen, zu verringern oder zu verfeinern. Europäische Forschungsprogramme sowie Institutionen wie das NIH und die FDA in den USA fördern derzeit gezielt den Übergang zu humanrelevanten, in-vitro-basierten Modellen.

Mit seiner ausgewiesenen Expertise in iPSC-Technologien, der Entwicklung komplexer Zellmodelle und der Etablierung standardisierter Testsysteme ist das Fraunhofer ITEM ein idealer Partner für Industrie und Forschung, um auf neue, tierversuchsfreie Testsysteme umzusteigen und so Innovation und ethische Verantwortung miteinander zu verbinden.