PD Dr. Antonina Lavrentieva
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Strategien zur in vitro Expansion und zur Optimierung der Kultivierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs). Verschiedenen Methoden zur effizienten Xenofreien in vitro Kultivierung von MSCs werden etabliert. Außer konventionellen Kultivierungstechniken, wie statische zweidimensionale (2D) Zellkultur, werden auch dreidimensionale (3D) Zellkultursysteme etabliert.
Humane MSCs, Zelllinien und auch Primärzellen werden als Zellaggregate, auf Scaffolds und in Hydrogelen unter physiologischen, in vivo ähnlichen Bedingungen kultiviert. Um komplexe in vitro 3D-Systeme zu ermöglichen, werden mithilfe von Bioinks und Bioprinting physiologisch relevante in vitro 3D-Modelle für das Drug Screening gebildet.
Weiterhin werden die Einflüsse von verschiedenen in vitro Gradienten (Sauerstoffkonzentration, Steifigkeit, Wachstumsfaktoren) auf die Zellen in Hydrogelen untersucht. Mithilfe dieses Testsystems soll es zukünftig möglich sein, zuverlässig den kombinierten Einfluss verschiedener Faktoren auf das Zellverhalten zu ermitteln, um optimale Kulturbedingungen für die jeweilige Anwendung zu finden. Darüber hinaus wurden in der AG verschiedene Zelltypen mit genetisch programmierten Hypoxiesensoren modifiziert und ihre hypoxischen Reaktion („hypoxischen Signaturen“) in verschiedenen 3D-Kultivierungssystemen (Zellaggregate, Hydrogele und Scaffolds) untersucht.
Expansion und Optimierung der Kultivierung von mesenchymalen Stammzellen
Die Nutzung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) ist vielversprechend für zelltherapeutische Verfahren und für die Gewebezüchtung. Eine Vielzahl an Geweben isolierter MSCs werden bereits in zahlreichen klinischen Untersuchungen eingesetzt. Des Weiteren ist die Verwendung von MSCs durch administrative Vorgaben weniger eingeschränkt als die Verwendung von embryonalen und induzierten pluripotenten Stammzellen. Da für therapeutische Anwendungen in der Regel mehrere Millionen MSCs pro Patient erforderlich sind, ist es notwendig, optimierte Kultivierungsprotokolle zu entwickeln. In unseren Projekten verwenden wir MSCs, die in Zusammenarbeit mit der Klinik für Plastische und Wiederherstellungschirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) aus Fettgewebe gewonnen werden. Zusammen mit der Abteilung für Forschung und Entwicklung des Deutschen Roten Kreuzes werden Trombozytenlysate als Supplemente für die in vitro MSC Kultivierung evaluiert und mit traditionellen Protokollen (mit FKS und Humanserum) verglichen.
Gradiente in Hydrogelen
Im Rahmen des Projektes „3D Zwei Gradienten Systeme für funktionelle Zelltestung“ (398007461), durch die DFG gefördert, entwickeln wir Hydrogel-basierte in vitro Gradienten. Dabei wird durch unterschiedlich starke Vernetzung ein mechanischer Gradient in das Hydrogel eingebracht. Orthogonal dazu wird ein Sauerstoffgradient etabliert, sodass innerhalb eines Experiments sämtliche Kombinationen aus Hydrogelzusammensetzung und Sauerstoffkonzentration getestet werden können. Mit Hilfe des neuartigen Testsystems soll es zukünftig möglich sein rasch und zuverlässig den kombinierten Einfluss verschiedener Faktoren auf das Zellverhalten zu ermitteln, um optimale Kulturbedingungen für die jeweilige Anwendung zu finden.
Hypoxiereporter Zellen
Die Implementierung klinisch relevanter Reporterzellen dient als wertvolles Instrument zur raumzeitlichen Erfassung der Sauerstoffversorgungsbeschränkung in verschiedenen In-vitro-Systemen. In Kooperation mit AG Belousov (Labor für molekulare Technologien, Shemyakin-Ovchinnikov Institut für bioorganische Chemie, Moskau) werden in unserer Gruppe verschiedene Zelltypen (MSCs, Chondrozyten, Endothelzellen etc.) mit genetisch programmierten Hypoxiesensoren modifiziert und ihre hypoxischen Reaktion („hypoxischen Signaturen“) in verschiedenen 3D-Kultivierungssystemen (Zellaggregate, Hydrogele und Scaffolds) untersucht. Insgesamt soll das Projekt wertvolle Informationen über das Auftreten von Hypoxie in 3D-In-vitro-Systemen und die Reaktionen verschiedener menschlicher Zellen liefern. Die unterschiedlichen Reporterzellen, die in diesem Projekt erstellt wurden, werden auch ein innovatives Toolkit für weitere Anwendungsbereichen darstellen, beispielsweise im Bereich des Bioprintings, der Charakterisierung von Biomaterialien oder der Modellierung von Krankheiten.
In vitro kultiviertes Fett
Vorhandenes Know-how in der Kultivierung von Säugetierzellen (einschließlich der Kultivierung mesenchymaler Stammzellen) kann auch auf den schnell wachsenden Bereich der neuartigen Lebensmittel, insbesondere der „cellular agriculture“, übertragen werden. Hier werden aus landwirtschaftlich relevanten Arten isolierte Zellen ex vivo expandiert und differenziert, um entweder Zellbiomasse für unstrukturiertes Fleisch oder in Gerüsten wachsende Zellen für strukturierte Fleischanaloga zu produzieren. In Zusammenarbeit mit dem Start-up Cultimate Foods aus Berlin/Göttingen entwickelt unsere Arbeitsgruppe Bioprozesse zur Isolierung, Expansion und Differenzierung von verankerungsabhängigen Schweine- und Rinderzellen zur Herstellung von zellkultiviertem Fett. Die Herstellung von kultiviertem Fett für Lebensmittel ist eine Herausforderung, da ein kostengünstiger Prozess erforderlich ist, der nur Zellkulturkomponenten in Lebensmittelqualität enthält. Dennoch gibt es bereits erste vielversprechende Ergebnisse, die der Technologie große Hoffnung machen.
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