Humanes Gefäßmodell als Alternative zum Tierversuch
Am ecoplus Technopol Krems wird ein neues Forschungsprojekt umgesetzt: Die Universität für Weiterbildung Krems entwickelt eine spezielle Kammer, in der Blutgefäße aus menschlichen Nabelschnüren unter nahezu natürlichen Bedingungen wachsen können. Ziel ist es, eine wichtige Schutzschicht der Gefäße – die sogenannte Glykokalyx – zu erhalten oder wieder aufzubauen. Dadurch entsteht ein Testsystem, das ohne Tierversuche auskommt und trotzdem reale Bedingungen des menschlichen Körpers sehr gut nachbildet. Es soll helfen, Krankheiten wie Thrombose oder Sepsis besser zu verstehen und die Forschung im Bereich Herz-Kreislauf-Erkrankungen weiterzubringen.
Herz‑Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit eine der häufigsten Todesursachen. Viele dieser Krankheiten hängen mit Veränderungen an den Blutgefäßen zusammen. Die genauen Abläufe im Körper, die etwa bei Thrombosen oder einer schweren Infektion wie Sepsis auftreten, sind aber noch nicht vollständig erforscht. Bisher werden dafür meist Tierversuche oder einfache Labormodelle verwendet, die jedoch nicht genau zeigen, wie die Vorgänge im menschlichen Körper wirklich ablaufen.
Kultivierung menschlicher Nabelschnüre
„Das Forschungsprojekt geht von der These aus, dass eine menschliche Nabelschnur, die zwei Arterien und eine Vene hat, in einer selbst entwickelten ‚Blutgefäßkammer‘ kultiviert werden kann. Ziel ist es, die Glykokalyx, eine kohlenhydratreiche Schicht an der Endotheloberfläche, zu erhalten oder zu regenerieren. Damit stünde ein natives menschliches Blutgefäß für Forschungszwecke zur Verfügung“, sagt Christoph Bauer, Projektleiter am Zentrum für Regenerative Medizin der Universität für Weiterbildung Krems. Mit dem Projekt sollen vier 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
Ein Blick ins „lebende“ Gefäß
Die Blutgefäße aus der Nabelschnur werden an eine spezielle Kammer angeschlossen und ständig mit einer Nährlösung durchspült, damit die Zellen gut versorgt bleiben. Regelmäßig werden kleine Proben entnommen, um zu prüfen, ob die schützende Schicht der Gefäße (die Glykokalyx) intakt ist und ob die Zellen gesund und aktiv bleiben. Mit Messmethoden wie Durchflusszytometrie und Multiplex-Tests wird beobachtet, wie sich verschiedene Bedingungen aus dem menschlichen Körper, zum Beispiel Blutserum oder Blutzellen, auf die Gefäße auswirken.
Wenn das Blutgefäßmodell stabil funktioniert, entsteht damit ein fast natürliches Testsystem für Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Dieses System kann dann mit verschiedenen Methoden untersucht werden – etwa mit biochemischen Tests (wie ELISA), mit molekularbiologischen Verfahren (wie qPCR) oder mit mikroskopischen Techniken (z. B. Elektronenmikroskopie oder Histologie).
Mit diesen Untersuchungen soll ein Modell entwickelt werden, das zeigt, wie sich die Glykokalyx nach Schäden wieder aufbaut. Dieses Modell kann später auch für andere Forschungszwecke genutzt werden. Als nächster Schritt soll ein Sepsis-Modell entwickelt werden. Dazu wird Lipopolysaccharid (ein Bestandteil von Bakterien) zugegeben, das eine Entzündung auslöst. Dadurch wird die Glykokalyx abgebaut. Dieser Abbau kann durch bestimmte Eiweiße oder Enzyme im Überstand gemessen und mit einem Elektronenmikroskop sichtbar gemacht werden.
Tierversuchsfreie Erforschung von Blutgefäßerkrankungen
Mit diesem Ansatz entsteht ein wichtiger Schritt in Richtung tierversuchsfreie Forschung. Die neu entwickelte Blutgefäßkammer soll dazu beitragen, Tierversuche im Bereich der Gefäßerkrankungen zu reduzieren oder sogar zu ersetzen. Unterstützt wird das Projekt von einem interdisziplinären Team rund um Jens Hartmann und Stefan Nehrer, das seine wissenschaftliche und technische Expertise einbringt, um das Vorhaben erfolgreich umzusetzen.
