Hautmodelle als Alternative zu Tierversuchen

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Tierversuche sind seit langem ein fester Bestandteil in der medizinischen
und pharmazeutischen Forschung, doch alternative Methoden gewinnen immer
mehr an Bedeutung. Mittels innovativer Verfahren wird direkt mit Blick auf
den Menschen geforscht – ohne den Umweg über Tierversuche. Diesen Ansatz
wählt auch das geplante Fraunhofer-Start-up TigerShark Science, eine
Ausgründung des Fraunhofer-Translationszentrums für Regenerative Therapien
TLZ-RT am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC. Mit Hautmodellen
aus menschlichen Stammzellen will TigerShark Science Tierversuche deutlich
reduzieren.

Es gibt verschiedene Methoden, die das Potenzial haben, Tierversuche zu
minimieren oder sogar zu ersetzen. Dazu zählen menschliche Stammzellen,
die im In-vitro-Verfahren gezüchtet werden und aus denen Mini-Organe,
sogenannte Organoide, nachgebildet werden. Auch am Fraunhofer ISC/TLZ-RT
in Würzburg entwickeln Forscherinnen und Forscher solche In-vitro-
Gewebemodelle, wobei sie sich unter anderem auf Barriere-Organe wie die
Haut fokussieren. Mit diesen im Labor gezüchtete Zellaggregaten lassen
sich physiologische Prozesse nachvollziehen und unter kontrollierten
Bedingungen erforschen – eine Möglichkeit, den Einsatz von Tierversuchen
zu vermeiden oder zu verringern. Diesen Weg gehen auch die Forschenden des
Start-up-Projekts TigerShark Science: Es ist ihnen gelungen, ein
Hautmodell zu kultivieren, das nahezu alle Strukturen der menschlichen
Haut repräsentieren kann und somit ein realitätsnahes Hautmodell
darstellt. Mit der Start-up-Idee, die vom Fraunhofer-Programm AHEAD
gefördert wurde und durch den EXIST-Forschungstransfer ab Juli 2024
gefördert wird, steht das Forscherteam nun vor der Ausgründung. Zum
Gründerteam gehören neben Dr. Florian Groeber-Becker, Leiter des
Fraunhofer TLZ-RT am Fraunhofer ISC, auch Dr. Dieter Groneberg,
Gruppenleiter der In-vitro-Haut-Testsysteme am Fraunhofer TLZ-RT, und
Amelie Reigl, Projektleiterin am Fraunhofer TLZ-RT und künftige
Geschäftsführerin von TigerShark Science.

Komplexe Modelle mit drei Hautschichten

Der Pharma- und Kosmetikbranche bietet das Start-up zunächst gesunde
Hautmodelle in hoher Stückzahl an, die die drei Hautschichten Epidermis,
Dermis und Hypodermis mit Fettzellen nachbilden. Sie eignen sich etwa für
die Testung von Medikamenten und deren Nebenwirkungen oder beispielsweise
für die Erforschung des Haarwachstums. Bei den Organoiden handelt es sich
um komplexe Hautmodelle aus unterschiedlichen Zelltypen, die vergleichbar
der menschlichen Haut Talgdrüsen und Haare aufweisen. Man kann unter
anderem untersuchen, wie die Zellen nach der Gabe eines Wirkstoffs
miteinander kommunizieren oder ob Wirkstoffe Irritationen auslösen.
»Hautmodelle dieser Komplexität gibt es bislang noch nicht auf dem Markt,
sie sind einmalig«, betont die Biologin das Alleinstellungsmerkmal und das
große Potenzial der Technologie.

Organoide lassen sich an der Luft kultivieren

Die Organoide werden automatisiert in hoher Stückzahl im Bioreaktor
entwickelt und anschließend mit einem speziellen Verfahren auf Nanofasern
aufgebracht. So entsteht eine sogenannte Luftmediumgrenzkultivierung, bei
der die oberste Hautschicht, die Epidermis – anders als bei der
Kultivierung in der Petrischale – Kontakt mit der Luft hat. Die Nanofasern
sind bereits patentiert, ein Verfahrenspatent ist ebenfalls geplant.

Hautmodelle für die präklinische Testung

Das Modell ermöglicht schnelle Testungen – ein großer Vorteil gegenüber
Tierversu-chen, die oft teuer und zeitaufwändig sind. Mit dem Hautorganoid
aus menschlichen Stammzellen lassen sich schnellere und präzisere
Ergebnisse erzielen, die in vielen Fällen besser auf den Menschen
übertragbar sind. In nur einem einzigen Schritt können die Reaktionen der
Zellen aller drei Hautschichten untersucht werden, eine Möglichkeit, die
der Markt bis dato nicht bietet.

Breites Produktportfolio mit verschiedenen Hautmodellen geplant

Derzeit wird das Hautmodell weiterentwickelt und künftig um Modelle mit
Immunzellen und Blutgefäßen, aber auch um Modelle mit Tumorzellen ergänzt,
etwa um Krankheiten wie Hautkrebs simulieren und erforschen zu können. Mit
der wachsenden Komplexität des Modells können weitere Anwendungsfelder wie
Aspekte der Wundheilung adressiert oder Infektionsstudien realisiert
werden. »Wir wollen unser Portfolio sukzessive erweitern. Im ersten
Schritt gehen wir mit dem gesunden Hautmodell auf den Markt, es kommen
jedoch zusätzliche hinzu wie ein Hautmodell zur Erforschung von
Hautfibrose«, erläutert die Biologin.