Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Vibro3D

Humanes Infektionsmodell für Vibrio cholerae als Alternative zu Tierversuchen

Projektbeschreibung

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS entwickelt im Rahmen des Verbundprojekts Mikro-Physiologische Systeme (MPS) für innovative Darm-on-Chip-Modelle, die Perfusion, realitätsnahe Nachbildung der Darmperistaltik und definierte hypoxische Umgebungen kombinieren.

Projektziel

Ziel ist es, klassische Tiermodelle wie das infantile Kaninchenmodell durch eine standardisierte, klinisch anschlussfähige Alternative zu ersetzen.

In Kombination mit den Teilvorhaben der weiteren Partner UKJ (immunkompetentes Darmmodell), FSU Jena (mikrobiologische Charakterisierung), HKI (systembiologische Datenintegration) und PEI (regulatorische Validierung) ermöglicht dieses Vorhaben die realitätsnahe Untersuchung von Infektionsdynamiken, Immunantworten und therapeutischen Interventionen in vitro. Das Vorhaben leistet einen unmittelbaren Beitrag zu den 3R-Prinzipien und schafft die Grundlage für eine nachhaltige Reduktion von Tierversuchen in der Infektionsforschung.

Abbildung des Konzepts und gemeinsamer interdisziplinäre Vorarbeiten der Antragsteller im Konsortium.
© Friedrich-Schiller-Universität Jena
Abbildung des Konzepts und gemeinsamer interdisziplinäre Vorarbeiten der Antragsteller im Konsortium.

Erklärungen zur Abbildung des Konzepts:

  • a) Schematischer Aufbau des vorgeschlagenen Darm-on-chip Models zur Untersuchung von V. cholerae Infektionen. 
  • b) Querschnitt durch das intestinale Gewebemodel und 10 Immunfluoreszenzfärbung (Endothelzellen: von Willebrand-Faktor (grün), Epithel: E-Cadherin (orange), F-Aktin (rot), Membran (gepunktete weiße Linien). 
  • c) Chip-Prototyp für biomechanische Stimulation. 
  • d) Lichtmikroskopische Aufnahme von Endothelzellen auf Nylonnetz mit Kollagen-Elastin-Hydrogel. 
  • e) OCT-Messungen der Membrandeflektion im Chip-Prototyp. 
  • f) Nachweis der stabilen Kolonisierung der Epithelschicht des Darm-on-chip Modells über 6h ohne Übertritt in das Endothel (CFU-Assay von endothelialen und epithelialem Perfusat). 
  • g) Zytokinprofile des epithelialem Perfusats ohne (w/o) Infektionen und 2, 6 und 12 Stunden nach Infektion. * p<0,01 ANOVA 1-way Testung mit Korrektur für multiples Testen (Tukey) 
  • h) Ko-Kultivierung von zwei unterschiedlichen V. cholerae Stämmen mit unterschiedlichen Reportergenen (GFP (grün) und mKate (rot)). Es ist deutlich die klonale Expansion und Biofilmbildung erkennbar. 
  • i) 3D Rekonstruktion von Mikroskopieaufnahmen zur Analyse von V. cholerae Biofilmen (grün) und deren Kolokalisation mit epithelialen Zellstrukturen (Zellkerne blau)) V. cholerae Biofilme (grün) und Kolakalisierung mit epithelialem ZO-1 (magenta).