Berlin-Brandenburger Forschungsplattform BB3R

Thermoresponsive Polymeroberflächen für die Zellkultur

Institution:

Freie Universität Berlin
Institut für Chemie und Biochemie
Fachbereich Organische Chemie

Projektleitung:
Mitarbeiter/innen:
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Thermoresponsive Oberflächen

Thermoresponsive Oberflächen

Die künstliche Gewebezüchtung im Labor hat innerhalb der letzten 20 Jahre beachtliche Fortschritte erzielt. Allerdings ist die Herstellung von funktionsfähigen Blutgefäßen in dreidimensionalem Gewebe eine bislang noch ungelöste Herausforderung. Blutgefäße sind wichtig, da sie das umliegende Gewebe mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen und gleichzeitig die Abfallprodukte der Zellen aus dem Gewebe abtransportieren. Künstliches Gewebe ohne Blutgefäße kann derzeit nur mit sehr geringer Dicke (1/4 mm) hergestellt werden, da es sonst zur Unterversorgung und damit zum Absterben der Zellen im Gewebe kommen würde.

Bei der konventionellen 3D-Gewebezüchtung werden verschiedene organtypische menschliche oder tierische Zellen auf einem dreidimensionalen künstlichen Gerüst „ausgesät“. Die Zellen haften zunächst auf dem Gerüst an, wo sie sich durch Zellteilung vermehren und sich anschließend zu einen Gewebe organisieren. Das Gerüst wirkt dabei formgebend und verleiht dem Gewebe gleichzeitig Stabilität.

Ein neuartiger Ansatz, das sogenannte „Cell Sheet Engineering“, wurde in Japan entwickelt und arbeitet ohne künstliche Gerüstmaterialien. Dies wird ermöglicht, indem das natürliche Gerüst der Zellen im Gewebe, die extrazelluläre Matrix - kurz ECM –, durch ein spezielles "Ernteverfahren" erhalten wird. Die ECM wird von den Zellen selbst produziert, sobald sie auf einem Untergrund, z.B. der Petrischale, anhaften. Mittels besonderer Petrischalen, die mit einem temperatur-sensitiven Polymer beschichtet sind, lassen sich dann zusammenhängende Zellschichten mitsamt ihrer ECM „ernten“. Das Polymer auf der Petrischalenoberfläche erlaubt Zellen unter Standard-Kultivierungsbedingungen von 37°C auf der Oberfläche anzuhaften, sich zu vermehren und dabei ECM zu produzieren. Durch eine kurzzeitige Temperaturabsenkung unter 37°C verändert das Polymer auf der Petrischale seine Eigenschaften und wirkt nun zellabweisend. Dadurch wird die Zellschicht mitsamt der produzierten ECM von der Oberfläche abgestoßen und kann für weitere Anwendungen verwendet werden.

Das BMBF-geförderte „NanoMatFutur“-Projekt Surf3DTiss oder in der Langfassung „Von thermoresponsiven Oberflächen zu dreidimensionalem Gewebe in vitro – eine neue Tierversuchsalternative“ hat das Ziel, mit Hilfe neuartiger Temperatur-schaltbarer Petrischalen dreidimensionales Gewebe mit Blutgefäßen aus Zellschichten zu entwickeln. Dieses 3D-Gewebe soll anschließend auf seine Eignung und Aussagekraft für die obligatorische Sicherheitsbeurteilung neuer Materialien im Vergleich zum konventionellen Tierversuch evaluiert werden.

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