Verbund

HiPSTAR

Zwischen dem Blutsystem und dem Zentralnervensystem (ZNS) besteht eine wichtige Barriere – die Blut-Hirn-Schranke (BHS). Hauptsächlich dient die BHS der Aufrechterhaltung der Homöostase des ZNS sowie dem Schutz vor neurotoxischen Substanzen und Pathogenen. Sie ist daher von großer Bedeutung für eine Vielzahl von Erkrankungen. Ein Problem in der Medikamentenentwicklung ist, dass viele Wirkstoffe nicht in ausreichender Konzentration die BHS überwinden, um an ihren Wirkort zu gelangen. Hier stellt die Modellierung der BHS im Labor einen Engpass dar. In dem interdisziplinären Verbundprojekt „HiPSTAR“ werden unter Einsatz von Stammzellen BHS-Modelle hergestellt und für Hochdurchsatz-Untersuchungen auf einem Biochip miniaturisiert. Durch Ko-Kultur des BHS-Modells mit Leberzellen kann auch die Wirkung der Abbauprodukte von Medikamenten überprüft werden. Die mit dem Modell ermittelten Daten werden mit denen aus Tierversuchen abgeglichen. Eine auf diesen Ergebnissen aufbauende Computersimulation soll Vorhersagen zur Durchtrittsfähigkeit von Stoffen durch die BHS und ihrer Wirksamkeit ermöglichen.

Teilprojekte

Etablierung von Blut-Hirn-Schranken-Modellen

Förderkennzeichen: 01EK1608A
Gesamte Fördersumme: 314.530 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Dr. Marco Metzger
Adresse: Universitätsklinikum Würzburg, Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin
Röntgenring 11
97070 Würzburg

Etablierung von Blut-Hirn-Schranken-Modellen

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) stellt eine der dichtesten und wichtigsten Barrieren im Zentralnervensystem dar. Es besteht ein hoher Bedarf an klinisch relevanten in vitro Testsystemen in der Grundlagen- sowie präklinischen Forschung. Das Ziel des Gesamtvorhabens ist daher die Weiterentwicklung und Validierung neuer in vitro BHS-Modelle, basierend auf humanen pluripotenten Stammzellen (hiPS). Im vorliegenden Vorhaben werden Prozessparameter entwickelt, die für die Entwicklung von funktionalen humanen BHS-Modellen relevant sind. Zunächst werden hierfür standardisierte Modelle auf Basis etablierter hiPS-Linien aufgebaut. Dies schließt sowohl die Implementierung relevanter neurovaskulärer Zelltypen (d.h. Endothelzellen, Astrozyten, Perizyten und neurale Progenitoren), die Adaption der Zellträgermatrix sowie die Kulturbedingungen (statisch, dynamisch) mit ein. Schließlich werden neuartige genetisch modifizierte Alzheimer hiPS-Klone im Transwelltestsystem evaluiert. Ziel ist die Bereitstellung klinisch relevanter in vitro Testsysteme für die Grundlagen- sowie die präklinische Forschung.

Erstellung von Hochdurchsatzscreening-kompatiblen In vitro Alzheimer Blut-Hirn-Schranke-Modellen

Förderkennzeichen: 01EK1608B
Gesamte Fördersumme: 380.986 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Dr. Ole Pleß
Adresse: Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME), Institutsteil IME-SP (IME-SP)
Schnackenburgallee 114
22525 Hamburg

Erstellung von Hochdurchsatzscreening-kompatiblen In vitro Alzheimer Blut-Hirn-Schranke-Modellen

Das Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung und Validierung von neuartigen, auf humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC)-basierenden in vitro Blut-Hirn-Schranke (BHS) Modellen, für welche ein dringender Bedarf sowohl in der Grundlagen- und medizinischen Forschung als auch in der Pharmaindustrie besteht. Im Teilprojekt werden die etablierten iPSC-basierten BHS Modelle zu High-Throughput-Screening (HTS) kompatiblen Formaten weiterentwickelt. Bei der Miniaturisierung werden zwei verschiedene Strategien verfolgt: Erstens die Verwendung eines Modells mit niedriger Komplexität, bestehend aus Präparationen reiner Endothelzellen und zweitens die Verwendung von aufwändigen Co-Kultur Systemen aus Endothelzellen, Perizyten, Astrozyten und neuronalen Vorläuferzellen (NPCs). Der zweite Entwicklungsschritt ist die Testung dieser BHS Modelle auf ihre Durchlässigkeit für eine Reihe von zugelassenen Arzneistoffen mit bekanntem Wirkmechanismus. Im dritten Abschnitt wird die "gesunde" in vitro Blut-Hirn-Schranke mit proinflammatorischen Mediatoren und/oder Aß-Oligomeren behandelt, sodass ein lokales Milieu entsteht, welches unter anderem bei der Alzheimerschen Erkrankung gefunden wird. Im letzten Abschnitt werden die etablierten Assays auf weitere neuartige, hiPSC-basierende BHS Modelle übertragen, um so eine allgemeine Anwendbarkeit der Verfahren zu dokumentieren.

Erstellung patientenspezifischer iPS Zellen und isogener iPS Zellkorrelate

Förderkennzeichen: 01EK1608C
Gesamte Fördersumme: 310.697 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Prof. Dan Rujescu
Adresse: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum, Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik
Julius-Kühn-Str. 7
06112 Halle

Erstellung patientenspezifischer iPS Zellen und isogener iPS Zellkorrelate

Die geplanten Arbeiten wollen untersuchen welche Rolle die Bluthirnschranke bei der Entstehung, dem Verlauf und der Behandlung der Alzheimer-Krankheit spielt. Hierfür sollen krankheitsspezifische Stammzellmodelle eingesetzt werden. Das Stammzellmodell imitiert mögliche molekulare Krankheitsmechanismen. Im Vorhaben werden von Alzheimer-Patienten Zellen entnommen und zu Stammzellen transformiert. Aus diesen werden wiederum verschiedene Nervenzellen und auch andere Zellen gebildet, die den Zellen an der Blut-Hirnschranke im menschlichen Gehirn sehr ähnlich sind. Die aus Stammzellen generierten Zellen werden hinsichtlich ihres Krankhaften Phänotyps studiert und untersucht. Die gegenwertig wenig verstandenen Krankheitsmechanismen der Alzheimer-Erkrankung sollen dadurch genauer charakterisiert werden.

Mechanistische in silico Simulation der Funktion und Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke

Förderkennzeichen: 01EK1608D
Gesamte Fördersumme: 262.632 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Dr. Lothar Terfloth
Adresse: INSILICO biotechnology AG
Meitnerstr. 9
70563 Stuttgart

Mechanistische in silico Simulation der Funktion und Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) stellt eine der dichtesten und wichtigsten Barrieren im Zentralnervensystem dar. Es besteht ein hoher Bedarf an klinisch relevanten in vitro-Testsystemen in der Grundlagen- sowie präklinischen Forschung. Dieses Vorhaben zielt auf die Entwicklung prädiktiver in silico-Netzwerkmodelle zur Simulation der Blut-Hirn-Schranke und ihrer Permeabilität ab. Dabei wird auf die von den Verbundpartnern gewonnenen Daten aus in vitro-Permeationsassays aufgebaut. Targets, die die Funktion der Blut-Hirn-Schranke modulieren, werden mittels Simulation der Netzwerkmodelle identifiziert. Ein in silico-Modell zur Vorhersage der Permeabilität von Wirkstoffen über die BHS wird ebenfalls entwickelt. Das Ziel ist es, individualisierte, prädiktive mechanistische Netzwerkmodelle für die Zellen der BHS insbesondere im Hinblick auf ihre Permeabilität zu erstellen. Ferner werden durch Analyse und Simulation dieser Netzwerkmodelle unter Berücksichtigung der von den Projektpartnern gewonnenen experimentellen Daten zelluläre Targets identifiziert, die die Permeabilität durch die BHS modulieren. Abschließend werden "Qualitative Structure Property Relationship" (QSPR) Modelle für die BHS aus Literaturdaten und den im Projekt gewonnenen Permeabilitätsdaten erstellt, die die Struktur von Wirkstoffen mit ihren Eigenschaften verknüpfen.

Entwicklung eines mikrofluidischen Blut-Hirnschranke (BHS)-Leber-Modells auf dem Chip

Förderkennzeichen: 01EK1608E
Gesamte Fördersumme: 247.957 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Dr. Uwe Marx
Adresse: TissUse GmbH
Oudenarder Str. 16
13347 Berlin

Entwicklung eines mikrofluidischen Blut-Hirnschranke (BHS)-Leber-Modells auf dem Chip

Es wird ein mikrofluidisches System für die Langzeit-Kokultur humaner Blut-Hirn-Schranken (BHS)-Modelle mit humanen Leberäquivalenten auf der Basis der existierenden Multi-Organ-Chip (MOC) Technologie entwickeln. Substanzexposition in einem solchen Kokultur-System soll dann die Bildung von Lebermetaboliten, deren Verfügbarkeitstestung in der BHS als auch deren direkte Testung auf neurotoxikologische Effekte erlauben. Weiterhin wird ein Langzeittest für die wiederholte tägliche Exposition des Kokultursystems gegenüber relevanten Arzneimittelkandidaten etabliert.

Prävalidierung von Blut-Hirn-Schranken-Modellen

Förderkennzeichen: 01EK1608F
Gesamte Fördersumme: 196.594 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Dr. Ursula Müller-Vieira
Adresse: Pharmacelsus GmbH
Science Park 2
66123 Saarbrücken

Prävalidierung von Blut-Hirn-Schranken-Modellen

Das Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung und Validierung neuer in vitro-hiPSC (human inducible pluripotent stem cell lines) basierender Blut-Hirn-Schranken (BHS) - Modelle für die ein dringender Bedarf sowohl in der Grundlagen- und medizinischen Forschung als auch in der pharmazeutischen Industrie besteht. Im Teilprojekt wird Pharmacelsus Prävalidierungsstudien der neuen in vitro-BHS-Modelle durchführen. Dabei werden die mittels der Modelle ermittelten Daten hinsichtlich ihrer Reliabilität und Übertragbarkeit auf die Situation im Menschen geprüft. Zur Testung der Leistungsfähigkeit der neuen in vitro-BHS-Systeme werden ausgewählte Alzheimer Wirkstoffe als Referenzen im Modell im Vergleich zu bei Pharmacelsus etablierten in vitro-Permeationsassays (in vitro BHS, PAMPA, Caco2) sowie in vivo-BHS-Testung eingesetzt. Nach erfolgreicher Prävalidierung wird Pharmacelsus das neue Testverfahren in sein Serviceportfolio integrieren und damit der Pharmazeutischen Industrie ein prädiktives in vitro-BHS-Modell zum selektiven Screening neuer Wirkstoffe für das zentrale Nervensystem (ZNS) zur Verfügung stellen.

Prävalidierung von Blut-Hirn-Schranken-Modellen

Förderkennzeichen: 01EK1608G
Gesamte Fördersumme: 154.149 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Manuela Mayer
Adresse: Pharmacelsus GmbH
Science Park 2
66123 Saarbrücken

Prävalidierung von Blut-Hirn-Schranken-Modellen

Das Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung und Validierung neuer in vitro hiPSC (human inducible pluripotent stem cell lines)-basierender Blut-Hirn-Schranken (BHS) - Modelle. Für diese besteht ein dringender Bedarf sowohl in der Grundlagen- und medizinischen Forschung als auch in der pharmazeutischen Industrie. Im Teilprojekt wird die Pharmacelsus GmbH Prävalidierungsstudien der neuen in vitro BHS-Modelle durchführen. Dabei werden die mittels der Modelle ermittelten Daten hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Übertragbarkeit auf die Situation im Menschen geprüft. Zur Testung der Leistungsfähigkeit der neuen in vitro BHS-Systeme werden ausgewählte Alzheimer Wirkstoffe als Referenzen im BHS-Modell im Vergleich zu bei Pharmacelsus etablierten in vitro Permeationsassays (in vitro BHS, PAMPA, Caco2) sowie auch in vivo BHS-Tests eingesetzt. Nach erfolgreicher Prävalidierung wird das neue Testverfahren in das Firmen-Serviceportfolio integriert. Damit wird der pharmazeutischen Industrie ein prädiktives in vitro BHS-Modell zum selektiven Screening neuer Wirkstoffe für das zentrale Nervensystem zur Verfügung gestellt.