Simulation mit menschlichem Gewebe
Was passiert, wenn Menschen Diacetyl einatmen? Kann der Stoff die Lunge schädigen? Sylvia Escher und Tanja Hansen nutzen zur Beantwortung dieser Fragen eine Apparatur, die am Fraunhofer ITEM entwickelt wurde: den P.R.I.T.® ExpoCube®. Damit können sie simulieren, wie flüchtige Substanzen auf Zellen und Gewebe einwirken.
Menschliche Bronchialepithelzellen werden auf Membranen an der Luft-Flüssigkeitsgrenze kultiviert, um so die Situation in der Lunge zu simulieren. Mithilfe des P.R.I.T.® ExpoCube® wird gasförmiges Diacetyl über die Oberfläche der Zellen geleitet. Anschließend werden Effekte auf die Zellen mit biochemischen Methoden untersucht. Durch umfangreiche Genexpressionsanalysen können die Forscher erkennen, welche Gene die Zellen an- bzw. ausgeschaltet haben. Aus diesen Daten lässt sich ermitteln, welche Signalwege im Inneren der Zelle aktiviert wurden. Das können zum Beispiel Signalwege sein, die zur Produktion entzündungsfördernder Botenstoffe führen.
Im nächsten Schritt erfolgt die Untersuchung auf dem Niveau der Organe. Dazu nutzen die Forschenden lebende, kultivierte Gewebeschnitte aus menschlichen Lungen, die viele Funktionen des Organs besitzen. Genau wie die Zellkulturen werden auch die Lungenschnitte im P.R.I.T.® ExpoCube® gegenüber Diacetyl exponiert und anschließend analysiert.
Um das Verhalten von inhalierten Stoffen im Körper zu simulieren, stellen die Projektpartner komplexe Modellberechnungen an, die sie als In-silico-Methoden bezeichnen. Diese computergestützten Modellierungen bilden schon weitestgehend ab, wie ein Stoff nach der Inhalation im Organismus absorbiert, verteilt und ausgeschieden wird. »Die In-vitro- und In-silico-Daten ergeben zusammen ein genaueres Bild, wie Stoffe wie Diacetyl die Lungen schädigen«, berichtet Sylvia Escher.