Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBWir etablieren komplexe Darm-Organoide aus Stammzellen als multizelluläre 3D-In-vitro-Mikrogewebe, mithilfe einer besonderen Kultivierung auch Inside-Out-Darm-Organoide.
Sphäroid
© Fraunhofer IGB
Darm-Organoide
Hellfeldmikroskopieaufnahmen von Hämatoxylin-Eosin-gefärbten Gewebedünnschnitten von
A) Ex-vivo-Dünndarm
B) und C) Organoiden mit apikaler Seite nach innen zeigend
D – F) Inside-Out-Darmorganoide mit apikaler Seite nach außen zeigend.
Unsere Entwicklung: Inside-out-Darmorganoide zur Untersuchung von Stoffaufnahme, Stoffwechsel und Immunreaktionen
Schematischer Aufbau des intestinalen Organoid-In-vitro-Testsystems bestehend aus invertierten Darmorganoiden (braun), bei denen die apikale Seite nach außen zeigt, Mikrobiota (grün) und Immunzellen (orange) (erstellt mit BioRender.com).
Unsere Inside-Out-Darm-Organoide sind komplexe intestinale Organoide basierend auf induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC), bei denen die dem Darmlumen zugewandte (apikale) Seite nach außen zeigt (engl. Apical-Out Organoids). Dieser Zugang zum apikalen Epithel ist für Untersuchung der Aufnahme und des Stoffwechsels von Arzneimitteln, von angeborenen Immunreaktionen, und der Barrierefunktion von größter Wichtigkeit. Die Untersuchungen erfolgen mittels einer Kultivierung in Suspension ohne Bindung der Organoide an eine Matrix.
Ergänzt um Mikrobiota (kommensale Bakterien der normalen Darmflora und/oder um pathogene Bakterien) sowie um Immunzellen (beispielsweise Makrophagen) erlauben diese Organoidmodelle auch Untersuchungen zu Interaktionen zwischen Wirt und Mikrobiota oder der mikrobiellen Pathogenese.
Die apikale (dem Darmlumen zugewandte) Seite der Darmorganoide zeigt nach außen. Die Struktur aus einschichtigem Epithel und darunter liegendem Bindegewebe mit Fibroblasten entspricht einer in-vivo-ähnlichen Gewebestruktur (erstellt mit BioRender.com).
Gewebeaufbau und Proteinmarker intestinaler Organoide entsprechen exakt dem Expressionsmuster des humanen In-vivo-Dünndarms (immunhistochemische Färbungen von Gewebedünnschnitten auf die darmspezifischen Expressionsmarker β-Aktin, Mucin 2 und Mikrovillin).
Intestinale Organoide entsprechend der In-vivo-Situation
Unsere Darm-Organoide entsprechend mit einem einschichtigen Epithel und einem darunterliegenden Bindegewebe mit Fibroblasten einer in-vivo-ähnlichen Gewebestruktur und weisen darmepithelspezifische Proteinmarker exakt auf:
- Mucin 2
- β-Actin
- Villin
Einsatzgebiete
Mit unseren Intestinalen Organoiden können beispielsweise Untersuchungen zu Darm-toxischen Substanzeigenschaften, zur Immunantwort, zu Interaktionen zwischen Wirt und Mikrobiota (pathogenen und kommensale Mikroorganismen), zu positiven Wirkungen von Prä- und Probiotika sowie zu Wirkmechanismen von Wirkstoffen für Darm-assoziierte Erkrankungen durchgeführt werden. So haben wir beispielsweise die Wirkung von probiotischen Bakterien auf mit Bacillus cereus infizierte Darmmodelle untersucht.
Mit unseren Darm-Organoiden als In-vitro-Testsysteme adressieren wird unterschiedliche Anwendungen zur
- Beurteilung der Wirksamkeit und Sicherheit von Arzneimitteln und Chemikalien (Entwicklung und vorklinische Testung),
- Bestimmung von Toxizität,
- Analyse von Transportprozessen und Absorption einer Substanz sowie
- in der Krankheitsforschung.
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Portfolio
Unser Portfolio an Organoiden
Wir stellen spezifisch geeignete 3D-Mikrogewebe für unterschiedliche Fragestellungen und Anwendungen bereit:
- 3D-Darm-Organoide
- 3D-Inside-Out-Darm-Organoide
- Immunkompetente Ergänzung der Organoide mittels Kultivierung von Immunzellen
- Mikrobiom- und Infektionsorganoide mit Bakterien, Pilzen und Viren
Leistungsangebot
Wir bieten folgende Dienstleistungen rund um unsere 3D-Mikrogewebe an, die wir in hochmodernen Laboren im Auftrag von und in Zusammenarbeit mit Kunden durchführen:
- Durchführung von Studien und Substanzscreenings
- Entwicklung komplexer Organoide einschließlich
- Kultivierung von Organoiden aus Stammzellen
- Etablierung komplexer Organoid-Testsysteme, je nach Fragestellung ergänzt um Mikroorganismen bzw. Immunzellen
- phänotypische und funktionelle Charakterisierung von Modellen
Analysemethoden
In unseren 3D-Mikrogeweben können Auswirkungen von Chemikalien, Wirkstoffen und Produkten auf die Architektur des Gewebes und physiologische Eigenschaften untersucht werden. Wir bieten folgende Analysemethoden an:
- Vitalitätsmessungen beispielsweise mittels MTT Test (kolorimetrischer Test), alamarBlueTM ...
- Multiplex-Analyse zur Detektion und Quantifizierung sekretierter Proteine wie z. B. Zytokine, Chemokine, Wachstumsfaktoren und antimikrobielle Peptide
- Histologische und immunohistochemische Färbungen an Gewebedünnschnitten
- Proteinanalysen mittels Western Blot
- Analyse spezifischer Signalwegaktivierung über Reporter-Proteine
- RNA- und DNA-Analysen mittels PCR bzw. qPCR und Sequenzierung