In der Kulturschale verfolgen, wie verschiedene Krankheitserreger Lungenzellen infizieren: Das ist das Ziel eines neuen Gemeinschaftsprojektes zweier Helmholtz-Forschergruppen. Die Wissenschaftler wollen Lungenzellen von Mäusen zu einem stabilen Modell umbauen, um das Eindringen von Krankheitserregern wie Viren und Bakterien zu erforschen und neue Wirkstoffe zu testen. Das Projekt, an dem sich Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und seiner Saarbrücker Außenstelle, des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS), beteiligen, hat das Potenzial, künftig zahlreiche Versuche an Tieren zu ersetzen.
Die Zentralstelle zur Erfassung und Bewertung von Ersatz- und Ergänzungsmethoden zum Tierversuch (ZEBET) am Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) fördert von September 2011 an das Projekt „Konditionale Immortalisierung alveolarer Epithelzellen (CILIA)“ für die Dauer von drei Jahren.
„Unser Vorhaben ist es, Zellen aus der tiefen Lunge von Mäusen unsterblich zu machen und als Modell zu etablieren“, sagt Dr. Nicole Daum vom HIPS. „An diesen alveolaren Epithelzellen können wir dann untersuchen, wie zum Beispiel Grippeviren die Lungenbarriere überwinden.“ In der Abteilung Wirkstoff-Transport erforschen die Wissenschaftler unter der Leitung von Professor Claus-Michael Lehr die Eigenschaften biologischer Barrieren wie der Lunge, des Darms und der Haut. „An unsterblichen Lungenzellen könnten wir auch neue Wirkstoffe testen, da das Modell die Mäuselunge nachahmt und so Versuche an den Tieren teilweise ersetzen kann“, erklärt Daum. Damit ein Arzneimittel auch an den Ort der Wirkung gelangen kann, muss es in der Lage sein, die Gewebebarrieren zu überwinden.
Zellen unsterblich zu machen und zur Teilung anzuregen ist ein bewährtes Verfahren. Dazu infizieren die Forscher sie zunächst mit Viren, in die sie bestimmte Gene eingebaut haben. Die Viren übernehmen dann die restliche Arbeit: Sie fügen die Gene stabil in das Erbmaterial der Zellen ein – die Aktivität dieser Gene regt die Zellen zur Teilung an. Bisher führte dieses Verfahren bei Epithelzellen, die beispielsweise die Lungenbläschen auskleiden, allerdings immer zum Verlust der Barriere-typischen Eigenschaften. Untersuchungen am lebenden Tier waren daher bislang unumgänglich. Die Arbeitsgruppe von Dr. Dagmar Wirth am HZI hat nun jedoch ein Verfahren entwickelt, bei dem Zellen trotz der Unsterblichkeit weiterhin ihre charakteristischen Eigenschaften behalten.
„Mit einem anderen Zelltyp ist es uns bereits gelungen, ein kontrolliertes Wachstum anzuregen, ohne die Eigenschaften der Zellen zu verändern“, sagt Dagmar Wirth. Das Besondere an diesem Modell: Neben dem Gen für die fortwährende Teilung enthält es auch einen molekularen An- und Ausschalter. „Wir regen die Zellteilung nur bei Bedarf an. Jetzt wollen wir auch bei den Lungenepithelzellen einen solchen Schalter und ein passendes Gen für die Teilung einbauen und so ihre Eigenschaften einer biologischen Barriere auf Dauer erhalten.“ Die Zellen müssen trotz der neu eingebrachten Gene in der Lage sein, eine dichte, möglichst undurchlässige Schicht zu bilden. Gelingt dies, können sie für verschiedenste Untersuchungen anstelle lebender Mäuse eingesetzt werden. Auf lange Sicht wäre es ein weiterer Schritt zur „künstlichen Lunge“ in der Zellkultur.
Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig ist eine von der Bundesrepublik Deutschland und dem Land Niedersachsen gemeinsam finanzierte Forschungseinrichtung in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Aufgabe des Zentrums ist es, biomedizinische Forschung auf dem Gebiet der Infektionsbiologie sowie deren klinische Anwendung und praktische Umsetzung zu betreiben.
Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland:
Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) ist eine Außenstelle des Helmholtz- Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und wurde gemeinsam mit der Universität des Saarlandes im Jahr 2009 gegründet. Wo kommen neue nachhaltige Wirkstoffe gegen weit verbreitete Infektionen her, wie kann man diese für die Anwendung am Menschen optimieren und wie werden sie am besten durch den Körper zum Wirkort transportiert? Auf diese Fragen suchen die Forscher am HIPS mit modernsten Methoden der Pharmazeutischen Wissenschaften Antworten.
