Charité 3R fördert drei neue Forschungsprojekte, die humanes Gewebe oder Stammzellen nutzen, um bestimmte Aspekte der menschlichen Pathophysiologie zu simulieren und die Tierversuche in diesen Bereichen ersetzen oder reduzieren können. Aus insgesamt 34 Antragsskizzen haben 14 externe Gutachterinnen und Gutachter jetzt drei Forschungsprojekte für die weitere Förderung ausgewählt. Die beeindruckende Anzahl der eingereichten Anträge verdeutlicht den großen Stellenwert, den humane 3D-Modelle mittlerweile in der Forschung an der Charité einnehmen und die Entscheidung ist den Expertinnen und Experten nicht leichtgefallen.
In dem Projekt “Modeling defective Ras signaling in human cerebral organoids – Towards a therapy for the severe neurodevelopmental rasopathy SynGAP syndrome” wollen Prof. Sarah Shoichet vom Neurowissenschaftlichen Forschungszentrum und Dr. Nils Rademacher vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen zusammen mit Dr. Agnieszka Rybak-Wolf vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin und dem Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB) ein auf menschlichen Zellen basierendes System entwickeln, das die Entwicklung von Medikamenten für das sogenannte SynGAP-Syndrom unterstützt. Dabei handelt es sich um eine seltene genetische Erkrankung, der eine Mutation auf dem SYNGAP1 Gen zugrunde liegt. Da das SynGAP1 Protein die sogenannte „Ras-Signaltransduktion“ moduliert und somit die Kommunikation zwischen Nervenzellen und Synapsen maßgeblich beeinflusst, führen Mutationen dieses Gens zu schwerer neurologischer Entwicklungsstörung mit geistiger Behinderung, autistischen Zügen und Krampfanfällen. Die beiden Wissenschaftlerinnen wollen genetische und pharmakologische Faktoren identifizieren, die das Potential besitzen, die neuronale Ras-Aktivität in Neuronen von Patienten und Patientinnen mit SynGAP-Syndrom wiederherzustellen. Dafür haben sie in einem ersten Schritt einen Fluoreszenzsensor für die Ras-Aktivität konstruiert. Im nächsten Schritt wollen die beiden Forschenden zerebrale Organoide aus humanen pluripotenten Stammzellen differenzieren und den Ras-Sensor mit Mikroelektroden-Arrays und Kalzium-Imaging kombinieren, um die Effekte von gestörter Ras-Signalübertragung zu untersuchen. Ziel ist es, ein auf menschlichen Zellen basierendes System für die Erprobung möglicher Medikamente für das SynGAP-Syndrom bereitzustellen und gleichzeitig die Anzahl der für das Verständnis der Krankheitsmechanismen erforderlichen Tiere zu reduzieren.
Ziel des Projekts „A human stem cell derived neuronal network for high-throughput cognitive drug screening” ist es, ein aus menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleitetes Modell für das Hochdurchsatz-Screening von Substanzen zu entwickeln, die für eine Behandlung der Alzheimer-Erkrankung in Frage kommen. Rund 50 Millionen Menschen sind weltweit von einer Demenz betroffen, die jährlichen Kosten belaufen sich auf 1 Billionen Euro. Klinische Studien sind wiederholt gescheitert, möglicherweise auch deshalb, weil sich die existierenden Mausmodelle in diesem Bereich nur bedingt auf den Menschen übertragen lassen. Um diesem Problem zu begegnen, möchte Dr. Camin Dean vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen an der Charité Modelle entwickeln, die auf menschlichen Zellen basieren. Ihr Fokus liegt dabei auf den Synapsen, den Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn, die in frühen Stadien der Demenz geschwächt sind. Die Wissenschaftlerin möchte gemeinsam mit ihrer Arbeitsgruppe Substanzen testen, die die Synapsen stärken und mit denen Demenz und andere neurologische Störungen behandelt werden könnten. Diese menschlichen Modelle könnten sich als hilfreich für die Medikamententestung erweisen und gleichzeitig die Zahl der Tierversuche reduzieren.
In dem Projekt “An autologous model of the adaptive immune response in human lung organoids: Targeting infection with influenza-specific T-cells” wollen die Forschenden aus dem Lungengewebe eines Patienten ein menschliches Lungenmodell mit den spezifischen Immunreaktionen dieses Patienten entwickeln – also ein sogenanntes humanes, immun-kompetentes und autologes Lungenmodell. Mit diesem Modell soll die Wirksamkeit und Sicherheit einer Therapie mittels Gabe von patienten-eigenen T-Zellen getestet werden. Diese sog T-Zelltherapie wirkt spezifisch gegen Influenzaviren und kann zur Behandlung der Influenza Infektion eingesetzt werden. Dieser Ansatz nutzt patienteneigene T-Zellen, die aus dem Blut der identischen Spender isoliert werden, aus denen auch die Lungenorganoide generiert werden. Hintergrund ist, dass influenzaspezifische T-Zellen, die einen Teil der erworbenen Immunabwehr bilden, ein Werkzeug zur Bekämpfung viraler Infektionen darstellen können, wenn antivirale Medikamente bei immungeschwächten oder -supprimierten Menschen nicht ausreichend wirksam sind. Die T-Zellen erkennen und eliminieren virusinfizierte Lungenzellen, rekrutieren und aktivieren andere Immunzellen und helfen die Organintegrität zu erhalten sowie die Infektion zu beenden. Um die Sicherheit und Effizienz dieses therapeutischen Ansatzes abschätzen zu können, werden entsprechende präklinische Testsysteme benötigt. Hier setzt das Projekt von Dr. Andy Römhild und Dr. Leila Amini vom Berlin Center for Advanced Therapies (BeCAT) sowie von Prof. Andreas Hocke aus dem Fächerverbund für Infektiologie, Pneumologie und Intensivmedizin an. Langfristig wollen die Forschenden eine neue Plattform aufbauen, die zum präklinischen Testen virus-spezifischer T-Zell-Produkte an humanen Organoiden geeignet ist.
Die drei Projekte werden ab Januar 2023 über einen Zeitraum von zwei Jahren mit insgesamt 537.000 Euro gefördert.
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