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Stammzellen in Petrischale | © IMAGO, Adobe Stock

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28.01.2022

Xeno-free in-vitro science: Charité 3R fördert fünf neue Forschungsprojekte

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Die Forschenden präsentierten ihre Projektvorschläge in einem Online Pitching-Event.
Die Forschenden präsentierten ihre Projektvorschläge in einem Online Pitching-Event.

Mit einer neuen Förderlinie will Charité 3R die Entwicklung tierfreier Zellkulturen an der Charité unterstützen. Zwei- (2D) oder dreidimensionale (3D) in vitro-Kultivierungen von Zellen erfolgen üblicherweise in Nährmedien, die aus Tieren gewonnene Materialien wie Serum oder Extrakte der Basalmembran enthalten. Die exakte Zusammensetzung dieser Nährmedien ist dabei oftmals nicht bekannt, was zu einer ungewollten Variabilität zwischen verschiedenen Chargen führen kann. Optimale und standardisierte Kultivierungsbedingungen spielen jedoch eine Schlüsselrolle für die wissenschaftliche Aussagekraft von Forschungsprojekten. Ziel der neuen Charité 3R-Förderlinie ist es deshalb, durch Entwicklung von tierfreien Kultivierungsmethoden sowohl die wissenschaftliche Qualität der in vitro-Arbeiten zu verbessern als auch den Einsatz von Tieren für wissenschaftliche Zwecke zu reduzieren.

In einem spannenden Online-Pitching-Event wählten 125 Charité-Forschende aus insgesamt zehn Projektvorschlägen per Abstimmung fünf Projekte zur Förderung aus. Zu Beginn der Veranstaltung stellten die präsentierenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler allen Teilnehmenden zunächst ihre Projekte in einem selbstgewählten kreativen Format vor. Die Art der Beiträge reichte von klassischen Vorträgen bis hin zu animierten Videoformaten. Im Anschluss an die Projektvorstellungen konnten die Teilnehmenden ihre fünf Favoriten auswählen, die nun eine Förderung von 15.000 Euro pro Projekt erhalten.   
Folgende fünf Projekte wurden ausgewählt:

Fötales Kälberserum (FCS) ist nach wie vor der am häufigsten verwendete Medienzusatz für die Kultivierung von Zellen in vitro. Dieses enthält unter anderem wichtige Proteine wie Wachstumsfaktoren oder Adhäsionsproteine, die das Wachstum der eingesetzten Zellen begünstigen. Alexandra Damerau und Moritz Pfeiffenberger von der Medizinischen Klinik m.S. Rheumatologie und Klinische Immunologie wollen in ihrem Projekt „Affordable FCS-free human cell culture: Development of a chemically defined protocol to promote uniform cell culture conditions“ durch massenspektrometrische Analysen die wesentlichen Proteingruppen von FCS im Vergleich zu humanen Alternativen wie Thrombozytenlysat und AB-Serum identifizieren und die Bedeutung dieser Proteine für die Kultivierung mesenchymaler Stromazellen bewerten und bestätigen. Ziel ist es, ein chemisch definiertes Zellkulturmedium bereitzustellen, um die Verwendung von aus Tieren gewonnenen Zellkulturzusätzen zu ersetzen.

Herzinsuffizienz, eine der häufigsten Todesursachen weltweit, ist durch Entzündungsprozesse und Fibrose im Herzgewebe charakterisiert. Für eine bessere Therapieoption ist es notwendig, den entzündlichen Prozess im Herzen zuverlässig zu diagnostizieren und ein patienten-spezifisches Modellsystem zum Screening von potentiellen Behandlungsoptionen zu entwickeln. Da kardiale Fibroblasten (KF) neben der Narbenbildung auch die kardiale Entzündungsreaktion regulieren, bilden diese hierfür ein ideales Ziel. In dem Projekt „Xeno-free cell culture of primary cardiac fibroblasts – Development of a diagnostic and drug screening platform for heart failure“ entwickelt Isabell Matz aus der Arbeitsgruppe um Sophie Van Linthout vom Berlin Institute of Health Center for Regenerative Therapies (BCRT) gemeinsam mit Fakultäts-Angehörigen eine xeno-freie Zellkultur-Plattform für die Patientendiagnose und das Medikamentenscreening, bei der mit Hilfe der xeno-freien Kultivierung patienten-eigener KFs  fötales Kälberserum mit humanem Serum und/oder humanem Plättchenlysat ersetzt wird. 

Für den Großteil experimenteller Modelle zur Erforschung bakterieller Infektionskrankheiten spielt die Anzucht der auslösenden Erreger eine essenzielle Rolle. Aktuell etablierte Methoden beruhen dabei zu einem erheblichen Anteil auf Produkten tierischen Ursprungs, beispielsweise Schafsblut in Agarplatten. Ziel des Projekts „Approaching xeno-free cultivation and utilization of pulmonary pathogens in vitro“ von Cengiz Gökeri und Peter Pennitz von der Medizinischen Klinik m. S. Infektiologie und Pneumologie ist es, die Verwendung von Materialien tierischen Ursprungs für die Kultivierung bakterieller Krankheitserreger vollständig zu ersetzen oder zu reduzieren. Zu diesem Zweck vergleichen die Forscher verschiedene xeno-freie und xeno-reduzierte Alternativen mit den derzeit verwendeten Methoden, um kostengünstige, vergleichbare, reproduzierbare und verbesserte Protokolle zu entwickeln.

Für die in vitro-Krebsforschung werden Mini-Tumore in einer gelartigen Kultivierungsstruktur gezüchtet, die dem dreidimensionalen Wachstum der Mini-Tumore dient. Diese gelartige Kultivierungssubstanz wird aus Maustumoren gewonnen, eine für menschliche Mini-Tumore unnatürliche Kultivierungsumgebung. Ziel des Projektes „Development of human-based hydrogels as a substitute for mouse-derived Matrigel for cancer research“ von Björn Papke vom Institut für Pathologie und Karl Herbert Hillebrandt aus der Chirurgische Klinik am CVK ist es, eine Kultivierungsstruktur ohne tierische Zusätze herzustellen. Hierfür soll aus Gewebe von Patientinnen und Patienten, das im Rahmen von Tumoroperationen gewonnen wird, eine ebenfalls gelartige Kultivierungsstruktur hergestellt werden, die der natürlichen Umgebung der menschlichen Mini-Tumore besser entspricht.

Für die präklinische in vitro-Modellierung werden Wachstumsfaktoren und der extrazellulären Matrix (ECM) ähnliche Substanzen verwendet, wobei der ECM-Ersatz zumeist eine aus Tieren gewonnene Basalmembranmatrix darstellt. In dem Projekt „Modeling barrier tissues without obstacles: Development of a xeno-free matrix for layer-by-layer in vitro formation of cellular and barrier tissues“ wollen Alexandra Damerau und Timo Gaber von der Medizinischen Klinik m. S. Rheumatologie und Klinische Immunologie in Zusammenarbeit mit Forschenden aus Helsinki und Würzburg tierische ECM durch xeno-freie Hydrogele ersetzen, die mit Wachstumsfaktoren funktionalisiert sind und ihre Struktur während der Manipulation zur in vitro-Gewebsbildung beibehalten. Diese sollen an in vitro-Arthritis-Modellen getestet werden, um diese Modelle zu verbessern und neue therapeutisch relevante Ziele zu identifizieren.

Contact

 

 

Dr. Katharina Kawall

Coordination ResearchCharité - Universitätsmedizin Berlin

Postal address:Charitéplatz 110117 Berlin

Campus / internal address:Luisenstraße 13a | 10117 Berlin



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