Biodruck, Organmodelle, Infektionsforschung

Mit Hilfe des Biodrucks können humanisierte Organmodelle generiert werden, die eine Alternative zu Tierversuchen in der Infektions- und Krebsforschung darstellen.

In der Infektionsforschung werden oftmals Tiermodelle eingesetzt, obwohl viele humanpathogene Viren hier atypische Krankheitsverläufe zeigen oder die Tiere nur nach aufwändiger Adaptation infizieren. An gedruckten, humanisierten Organmodellen können daher Untersuchungen mit höherer Relevanz für die Infektion des Menschen durchgeführt werden. Die Alternativmethode ersetzt somit nicht nur Tierversuche, sondern verbessert auch die wissenschaftliche Aussagekraft.

Der Biodruck ermöglicht es, Zellen mit hoher räumlicher Präzision anzuordnen. Auf diese Weise können Organmodelle generiert werden, die durch die Verwendung menschlicher Zellen der humanen (Patho-)Physiologie näherkommen als Tiermodelle. Wir produzieren Leber- und Lungenmodelle, die anschließend für die Infektionsforschung genutzt werden. So replizierten sich Influenzaviren effizient im gedruckten Lungenmodell. Das Lebermodell ließ sich gut mit Adeno-assoziierten Virus Vektoren transduzieren. Derzeit etablieren wir analoge Modelle für die Krebsforschung.

Eine der am häufigsten genutzten Technologien für den Biodruck ist die pneumatische Extrusion, bei der Zellen in einem Hydrogel mittels Druckluft aus einer Kartusche gepresst werden. Durch Optimierung der Druckbedingungen kann hierbei eine hohe Zellviabilität erhalten werden. Die gedruckten 3D Modelle lassen sich anschließen beispielsweise durch Fluoreszenzmikroskopie charakterisieren.

Die gedruckten Organmodelle wurden anschließend mit Viren infiziert. Im 3D Scan kann gezeigt werden, dass sich Infektionscluster bilden, wie sie auch in der biologischen Lunge zu finden sind (s. Abbildung: blau: Zellkerne; rosa: angefärbtes Virusprotein). In weiteren Experimenten haben wir ein Lebermodell mit Adeno-assoziierten Virus Vektoren transduziert. Dies gelang sehr effizient, so dass ein endogenes Gen der Leberzellen mit Hilfe einer kodierten short hairpin RNA gesilenced werden konnte.