Verbund

Neuro2D3

Die Entwicklung neuer Therapien für die Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen gehört zu den zentralen Herausforderungen einer alternden Gesellschaft. Ein Schlüsselproblem hierbei ist der begrenzte Zugang zu menschlichem Gehirngewebe und das Fehlen geeigneter Krankheitsmodelle. Diese sind sowohl für die Erforschung der molekularen und zellulären Krankheitsmechanismen von Bedeutung, als auch für die Entwicklung neuer Behandlungsansätze.
Mit der Verfügbarkeit der neuen Zell-Reprogrammierungsverfahren ist es heute möglich, aus Patienten entnommene Körperzellen in induziert pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) umzuwandeln. Diese Zellen können im Labor gezielt in Gehirnzellen ausdifferenziert werden. Im Verbund ‚Neuro2D3‘ haben sich drei Bonner Expertenteams zusammengeschlossen, um aus diesen patienten-spezifischen induzierten neuralen Zellen in vitro-Krankheitsmodelle der Neurodegeneration zu entwickeln und diese für die Wirkstoffforschung zu nutzen. Das Team von Prof. Brüstle am Universitätsklinikum Bonn wird aus Blutproben von Menschen mit Alzheimer’scher und Machado-Joseph-Erkrankung mit Hilfe verschiedener Verfahren induzierte neuralen Zellen herstellen. LIFE & BRAIN GmbH entwickelt auf dieser Basis neuartige 3D-Zellkulturmodelle, die die charakteristischen pathologischen Veränderungen im Gehirn der Betroffenen in vitro nachbilden können. Für den Einsatz in der Wirkstoffforschung müssen diese Modelle miniaturisiert und für eine automatisierte Produktion angepasst werden. Das Deutsche Zentrum für neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) entwickelt solche Zellmodelle im Mikrotiterplatten-Format. Ganze Bibliotheken bioaktiver Substanzen sollen dann an diesen Modellen mit Hilfe automatisierter mikroskopischer Analysen auf ihre krankheitsmodulierende Wirkung hin untersucht werden. Als nächster Schritt nach Vorliegen der Verbundergebnisse ist die Weiterentwicklung der Testsysteme in Kooperation mit Pharmaunternehmen (Beta Test Trials) anvisiert.

Teilprojekte

Teilprojekt 1 (Koordination)

Förderkennzeichen: 01EK1603A
Gesamte Fördersumme: 548.153 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Prof. Dr. Oliver Brüstle
Adresse: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum, Institut für Rekonstruktive Neurobiologie
Sigmund-Freud-Str. 25
53127 Bonn

Teilprojekt 1 (Koordination)

Das Hauptziel von Teilprojekt 1 ist zu erforschen, inwieweit induzierte neurale Stammzellen (iNSC), welche direkt aus Blutproben von Patienten gewonnen werden können, sich zur Modellierung von altersbedingten neurologischen Erkrankungen eignen und hierbei ggf. Vorteile gegenüber neuralen Stammzellen aufweisen, die über ein langwierigeres Verfahren aus induziert pluripotenten Stammzellen abgeleitet werden. Darüber hinaus sollen in diesem Teilprojekt 2D- und 3D Zellkulturmodelle für die Analyse intra- und extrazellulärer Proteinaggregate bei neurodegenerativen Erkrankungen etabliert werden.

Teilprojekt 2

Förderkennzeichen: 01EK1603B
Gesamte Fördersumme: 154.458 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Simone Haupt
Adresse: Life & Brain GmbH - Plattform Cellomics
Sigmund-Freud-Str. 25
53127 Bonn

Teilprojekt 2

Ziel des Teilprojektes ist es, patienten- und krankheitsspezifische zelluläre Testsysteme für die in vitro-Modellierung altersbedingter neurologischer Erkrankungen in einem skalierbaren automatisierten Verfahren zu produzieren und für Imaging-basierte Screening-Ansätze im Rahmen der pharmakologischen Wirkstoffsuche bereitzustellen. In dem hier beschriebenen Teilprojekt werden dazu insbesondere die technischen und biologischen Herausforderungen bei der Etablierung und Standardisierung von in vitro-Krankheitsmodellen auf Basis (re)programmierter neuraler Zellen (induzierter neuronaler Stammzellen (iNSC), aus induzierten pluripotenten Stammzellen generierte neuronale Stammzellen (iPSC-NSC) bzw. aus diesen Vorläuferzellen abgeleitete Neurone) adressiert.

Teilprojekt 3

Förderkennzeichen: 01EK1603C
Gesamte Fördersumme: 407.045 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Dr. Eugenio Fava
Adresse: Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V.
Sigmund-Freud-Str. 27
53127 Bonn

Teilprojekt 3

Das Teilvorhaben wird standardisierte, patienten-nahe neuronale Stammzellmodelle für die Machado-Joseph-Krankheit (MJD) und die Alzheimersche Erkrankung (AD) nutzen, um krankheitsrelevante 2D- und 3D-Zellsysteme für die Wirkstofffindung und in vitro-Krankheitsmodellierung zu qualifizieren. Eine besondere Herausforderung dieses Teilprojektes ist die Verwendung von neuen Verfahren zur standardisierten Bereitstellung von neuronalen Stammzell (NSC)-Modellen im Mikrotiterplattenformat sowohl als Monolayer als auch als in der matrixeingebetteten 3D-Zellkultur, die zusammen mit den Projektpartnern erarbeitet und qualifiziert werden. Als Zellmodell werden induzierte neuronale Stammzell (iNSC)- und aus induzierten pluripotenten Stammzellen generierte neuronale Stammzell (iPSC-NSC) Systeme von MJD- und AD-Patienten verwendet, die durch intra- und extrazelluläre Proteinaggregation als krankheitsassoziiertem Pathophänotypen charakterisiert sind. Mittels automatisierter Hochdurchsatz-2D- und 3D-Mikroskopie werden Verfahren qualifiziert, diese pathogenen Zellmarker quantitativ zu erfassen. Die bildbasierten High-Content-Analyse (HCA) Testsysteme werden anschließend für das Screening von bioaktiven Substanzbibliotheken (‚chemogenomic screening’) genutzt. Die Wirkprofile der bioaktiven Substanzen werden analysiert, um Modulatoren der pathogenen Proteinaggregation zu identifizieren und pathogene Signalwege abzuleiten. So sollen neue Verfahren für die in vitro-Kranheitsmodellierung etabliert werden, um neue therapeutische Ansätze für MJD und AD zu erforschen.