Jeder Wirkstoff muss in der präklinischen Phase innerhalb der Arzneimittelforschung auf mögliche schädliche Wirkungen (giftig, krebsauslösend oder erbgutschädigend) getestet werden. Zell- und Gewebekulturen, isolierte Organe oder Reagenzglastests liefern hierfür erste Antworten, das komplexe Zusammenspiel aller Organe des Körpers wird hierbei aber nicht berücksichtigt. Außerdem kann meist nur eine isolierte Fragestellung behandelt und nur einzelne relevante Daten ausgelesen werden. Mit Hilfe von Tiermodellen ist eine komplette Testung möglich, sodass sich Wirkstoffe für klinische Studien am Menschen zuvor in Tierversuchen als unbedenklich erweisen müssen. Im Rahmen des Projekts InnoMedizin werden standardisierte Gewebemodelle speziell für menschliche Barriereorgane wie der Haut, dem Darm und der Lunge zur präklinischen Testung von Arzneimitteln entwickelt, um ihre Wirkung auf diese Organe zu modellieren und so die Anzahl an Tierversuchen zu reduzieren.
Die Problematik Tierversuche
- Ethisch umstritten
- hoher Zeit- und Kostenaufwand
- Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen ist fragwürdig
Die Alternative
In-silico Toxizitätsvorhersagen dienen als Grundlage für humane in-vitro Testsysteme zur präklinischen Testung von Arzneimitteln und Inhaltsstoffen von Medizinprodukten für die pharmazeutische Industrie und Medizinproduktehersteller.
Unsere Motivation
Die Motivation hinter diesem Projekt ist die Entwicklung eines solchen biotechnologischen Gewebemodell-Systems, in welchem standardisierte Zellmodelle auf einem biokompatiblen Barriere-Vlies in einer multimodalen Sensor-Umgebung unter Einfluss potentiell toxischer Substanzen überwacht werden können.
Es sollen folgende Read-outs kontinuierlich und automatisiert für verlässliche Toxizitäts-Aussagen erhoben und ausgewertet werden.
- lokaler pH
- elektrischer Widerstand
- optisch-basierte Zell-Fitness-Tests
Das geplante System soll eine vorgeschaltete bioinformatische Vorhersage über die Datenbank-Implementierung und einen Vergleich der Testsubstanz-Struktur mit Toxizitätsprofilen bekannter Substanzen beinhalten und in einem Test-Kit-Ansatz vertrieben werden.
Die Ergebnisse aus dem Test-Kit hinsichtlich der Gewebeschädigung von Testsubstanzen aus den multimodalen Sensor-Elementen sollen im Anschluss wieder in die Toxizitätsdatenbank rückimplementiert werden.
Die neuen anvisierten Gewebemodelle kombinieren auf innovative Weise primäre Zellsysteme mit dem biologischen zellulosebasierten Trägermaterial BioCellic und integrieren gleichzeitig Sensorsysteme zum zerstörungsfreien Echtzeitmonitoring.
Dadurch sollen als Endprodukt Modelle mit einer höheren Berechenbarkeit als bisherige Modellsysteme angeboten werden.
Zusammen mit den interdisziplinären Partnern des Projektes, arbeitet senetics, unter Kombination seiner Fachkompetenzen aus der Produktentwicklung und dem biologischen Testlabor, an der Verfolgung dieser Motivationen.
Das Vorgehen
Angestrebte technische Funktionalitäten und relevante Parameter
Ziel ist die Entwicklung und Implementierung „in silico“-basierter Simulationsmodelle für Stofftransport, Stoffaustausch und Stoffintegrität von Barriere-Gewebemodellen im Zusammenhang mit Tox-Screen-Datenbanken.
Hieraus soll zusammen mit der Ansteuer- und Auslese-Software für die Sensorik eine anwenderfreundliche Steuerungs-Software entstehen, welche die zu testende Substanz stofflich analysiert und mit Datenbankeinträgen vergleicht.
Danach sollen prädiktive Voraussagen zu Toxizität an verschiedenen Geweben formuliert und ein Test-Protokoll-Vorschlag an das Test-Kit übermittelt werden, so dass hierdurch z. B. ausschließlich relevante Dosisbereiche getestet werden.
Die experimentellen Daten werden von senetics zur Verfeinerung der bestehenden Algorithmen rückimplementiert.
Ziel von InnoMedizin
Es soll eine Gewebe-Ersatzplattform für epitheliale Barriere-Organe (Haut, Lunge, Darm) darstellen. Durch Miniaturisierung und Parallelisierung der Ansätze in einem Multi-wellplatten-Format mit integrierter multimodaler Sensorik erlaubt dies die präklinische Testung der potentiellen Toxizität chemischer Substanzen und Medikamente.
Vermarktungspotenzial/ -konzept
Die in diesem Projekt entwickelten standardisierten Gewebemodelle gehen weit über die Konkurrenzssysteme hinaus, da auf die Nanocellulose-Plattform unterschiedlichste gewebespezifische Zelltypen aufgebracht werden können, um Grenzflächen zu entsprechenden Organen modellieren zu können. Dies ermöglicht weitaus umfangreichere und verlässlichere Ergebnisse als bisher zu generieren.
Mit den Modellsystemen wird ein schneller Markteintritt in ein stark wachsendes Marktsegment in Europa möglich. Die Gewebemodelle und ihr Einsatz wird deutlich preiswerter sein als bisherige Tiermodell-basierte Forschung, was entsprechend F&E-Kosten deutlich senken wird.
Anwendungspotenzial
Anwendungspotential besteht in der pharmazeutischen Industrie, in der Notwendigkeit chemische Substanzen im internationalen Handelsverkehr zu reevaluieren, in Umweltinstituten, in der Lebensmittelindustrie, etc.
Partner
Das geplante Produkt des Kooperationsprojektes innerhalb des Netzwerkes, setzt sich zusammen aus:
- den Industrie-Partnern JeNaCell, Presens, senetics healthcare (KMUs)
- den akademischen Partnern TERM (Würzburg) und MBT (Erlangen)
