Anna Gerhartl und Winfried Neuhaus von der Competence Unit Molecular Diagnostics des Centers Health and Bioresources entwickelten gemeinsam mit Kooperationspartnern der TU Wien neuartige Blut-Hirn Schranken Sphäroide.
Um Gewebe oder Organe in ihrer dreidimensionalen (3D) Struktur mit Zellkulturmodellen nachzustellen, werden sogenannte Organoide oder Sphäroide aus einem oder mehreren Zelltypen hergestellt. Die 3D Struktur und die räumliche Anordnung der unterschiedlichen Zelltypen innerhalb der Organoide/Sphäroide ist für die korrekte Nachbildung der funktionellen Einheiten essentiell. Es gibt eine Reihe von Methoden Organoide oder Sphäroide herzustellen, wobei ein Hauptproblem die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Modelle darstellt. Wesentliche Faktoren auf die Funktion der Organoide/Sphäroide sind die Größe, die Rundheit, also die Form, wie auch die Nährstoffzufuhr und die Zellzahl mit der begonnen wird, die Organoide/Sphäroide für ihr Wachstum anzusetzen.
Für einen systematischen Ansatz, um den Einfluss dieser Parameter zu untersuchen, wurde ein mikrofluidischer Array entwickelt und für die Herstellung von Organoiden unterschiedlicher Tumorarten und von Sphäroiden der Blut-Hirn Schranke eingesetzt.
Es konnte gezeigt werden, dass die Form, die Zellzahl bei Kultivierungsstart und daraus folgend auch die Größe signifikanten Einfluss auf die Funktion der Organoide haben. Das hat enormen Einfluss auf die Ergebnisse, die man mit Hilfe von Organoidmodellen in zum Beispiel Screeningexperimenten erhält, um neue Zytostatika zur Behandlung von Tumoren zu identifizieren und ihre Wirkung zu beschreiben.
Die Blut-Hirn Schranken Sphäroide bestanden aus drei unterschiedlichen Zellarten (Astrozyten, Perizyten, Gehirnendothelzellen). Deren Komposition wurde für die Messung der ausgewählten Parameter im Sphäroidmodell optimiert. Auch hier konnte gezeigt werden, dass der Transport von Wirkstoffen über die Blut-Hirn Schranke und der nachgestellte Zusammenbruch der Barriere deutlich von der Größe und der Zusammensetzung der Sphäroide abhängig ist.
Anhand dieser Untersuchungen wurde dargestellt, dass die Form, die Größe und die zelluläre Zusammensetzung von Organoiden und Sphäroiden deren Funktion bestimmt und somit essentielle Parameter sind, um vergleichbare zelluläre Meßsysteme zu etablieren. Der entwickelte mikrofluidische Array kann zur Optimierung der geeignetsten Parameter für die jeweilige Anwendung eingesetzt werden.
Neben einer Reihe von Kooperationspartner*innen hatten an dieser Arbeit maßgeblichen Anteil: Christoph Eilenberger, Mario Rothbauer und Prof. Peter Ertl von der TU Wien und Anna Gerhartl und Principal Scientist Winfried Neuhaus von der Gruppe Biologische Barrieren der Competence Unit Molecular Diagnostics am Center Health and Bioresources.
Publiziert wurde diese Arbeit in dem Top-Journal Advanced Science (Impact factor 15,84). Zu finden ist der Artikel unter folgendem Link: A Microfluidic Multisize Spheroid Array for Multiparametric Screening of Anticancer Drugs and Blood–Brain Barrier Transport Properties - Eilenberger - 2021 - Advanced Science - Wiley Online Library