Mikrobiom-Chip-Projekt

Es ist nach wie vor eine Herausforderung, komplexe, mit dem Menschen assoziierte Mikrobiome zu simulieren. Dies ist jedoch eine Voraussetzung für die Identifizierung und Validierung von bakteriellen Interaktionsstrategien, die in Zukunft für „Mikrobiom-Editing“-Ansätze genutzt werden könnten, die auf die Beseitigung schädlicher und die Förderung nützlicher Bakterienarten abzielen. Das Mikrobiom-Präzisions-Editing wird zu einer entscheidenden Strategie für die Prävention von bakteriellen Infektionen, insbesondere von Infektionen, die durch hochgradig antibiotikaresistente Bakterien verursacht werden. Solche Infektionen stellen durch die globale Ausbreitung epidermaler bakterieller Erreger ein stetig wachsendes Problem dar. Drei große Hindernisse behindern die aktuelle Forschung zum Mikrobiom des Menschen und seiner Interaktion mit der Wirtsumgebung: Experimentelle In-vivo-Eingriffe am Menschen sind mit inakzeptablen Risiken verbunden; die In-vitro-Kultur menschlicher Zellen ist eher primitiv und spiegelt nicht die In-vivo-Gewebe wider; und nicht-menschliche Tiermodelle sind nicht direkt mit dem Menschen vergleichbar. Daher sind alternative Modellsysteme, die in der Lage sind, die Wechselwirkungen von Mikrobiom und menschlichem Gewebe mit der physiologischen Struktur und Funktion sowie mit Aspekten der Immunantwort zu rekapitulieren, von größter Bedeutung, um die Erfolgsquoten bei der Umsetzung zu erhöhen. In den letzten zehn Jahren hat sich die Organ-on-Chip (OoC)-Technologie als vielversprechende Plattform für die Erzeugung mikrophysiologischer Gewebemodelle erwiesen, die funktionelle Einheiten von Organen nachahmen. Durch die Integration von 3D-Kokulturen relevanter Zelltypen in physiologische Mikroumgebungen mit gefäßähnlicher Durchblutung ermöglichen OoCs die Untersuchung der Kommunikation zwischen einzelnen Zellen, Gewebebestandteilen oder ganzen Geweben.

Das Ziel des MicrobioChip-Projekts ist die Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung eines Mikrobiom-Nasenschleimhautgewebe-on-Chip-Modells, einer mikrofluidischen Plattform, die es ermöglicht, humanes Nasenschleimhautgewebe mit physiologischer Struktur und Funktion zu erzeugen und dieses mit einzelnen Mikroorganismen bis hin zu komplexen Mikrobiomen zu besiedeln.

Um sowohl Mikrobiome als auch Gewebe über längere Kultivierungsdauer untersuchen zu können ohne diese beschädigen zu müssen, sollen sogenannte nicht-invasive Mikroskopiemethoden etabliert und mit den Modellen kombiniert werden. Ziel ist die Anwendbarkeit des MMoC-Modelles für die Entwicklung von „Microbiome-editing” Ansätzen zur Bekämpfung von Antibiotika-resistenten bakteriellen Infektionen der Atemwege.

Partner:

CMFI Cluster of Excellence