Entwicklung eines neuen humanbasierten ex-vivo-Blutgefäßmodells

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind eine der häufigsten Todesursachen weltweit und gehen mit Veränderungen des Gefäßgewebes einher. Die Mechanismen solcher Erkrankungen, die auf Thrombose oder Sepsis zurückzuführen sind, sind noch weitgehend unerforscht und werden häufig in Tierversuchen oder In-vitro-Modellen untersucht. Letztere können jedoch die In-vivo-Situation nicht abbilden, was dazu führt, dass Tiere verwendet werden, die jedoch die physiologischen Bedingungen beim Menschen nicht vollständig wiedergeben können. Hypothesen und Ziele Wir stellen die Hypothese auf, dass eine menschliche Nabelschnur, die zwei Arterien und eine Vene hat, in einer selbst entwickelten „Blutgefäßkammer“ kultiviert werden kann, um die Glykokalyx an der Endotheloberfläche zu erhalten oder zu regenerieren. Damit steht uns ein natives menschliches Blutgefäß für Forschungszwecke im Bereich der Herz-Kreislauf-Erkrankungen zur Verfügung. Mit dem Projekt sollen folgende Ziele erreicht werden: • Herstellung einer speziellen Kammer für die Kultivierung einer menschlichen Nabelschnur. • Etablierung von optimalen Kultivierungsbedingungen für eine intakte Glykokalyx und einen aufrechten Zellstoffwechsel • Weiterentwicklung von Analysemethoden zur Charakterisierung der Glykokalyx und der Endothelzellen • Etablierung von zwei Modellen zum Ersatz bzw. zur Reduzierung von Tierversuchen in der Thrombose- und Sepsisforschung Methoden Die Blutgefäße der Nabelschnur werden an die Kultivierungskammer angeschlossen und mit einem endothelialen Nährmedium im Durchfluss inkubiert. Anhand kontinuierlich entnommener Gewebeproben werden die intakte Glykokalyx und metabolisch aktive Endothelzellen untersucht. Durchflusszytometrie und Multiplex-Assays überwachen den Einfluss angepasster In-vivo-Kulturbedingungen (z. B. Humanserum, Blutzellen). Am Ende der Etablierung wird ein nahezu natives Testsystem für kardiovaskuläre Erkrankungen mit den notwendigen biochemischen (Multiplex-Assay, ELISA), molekularbiologischen (qPCR) und mikroskopischen (SEM, Histologie, konfokale Mikroskopie) Analysemethoden zur Verfügung stehen. Mit Hilfe der oben genannten Techniken wird ein Glykokalyx-Regenerationsmodell etabliert, welches für die Entwicklung anderer Modelle genutzt werden kann. Dabei soll in einem weiteren Schritt die Sepsis, die häufig durch Keime ausgelöst wird, in einem Modell durch Zugabe von Lipopolysaccharid induziert werden. Dies führt zu einem Abbau der Glykokalyx durch entzündliche Mechanismen. Der Abbau kann durch Proteine (z. B. Syndecan-1) oder Enzyme (Metalloproteinasen, Heparinasen) im Überstand nachgewiesen und durch Analyse im REM sichtbar gemacht werden. Grad der Originalität Die neu entwickelte „Blutgefäßkammer“ soll ein erster Schritt zur tierversuchsfreien Erforschung von Blutgefäßerkrankungen und deren Folgen sein, um Tierversuche gerade in diesem Bereich in Zukunft vollständig zu ersetzen. Primär beteiligte Forscher Die synergetische wissenschaftliche und technische Unterstützung durch das entsprechende interdisziplinäre Team von Prof. Viktoria Weber und Prof. Stefan Nehrer an der Universität für Weiterbildung soll zur erfolgreichen Umsetzung des geplanten Projekts beitragen.