Unsere Gruppe hat sich zum Ziel gesetzt, neuartige Modelle zu entwickeln, welche die Komplexität von Zellen und sogar Organen eines Menschen in der Zellkulturschale immitieren. Hierfür nutzen wir die iPS-Zell Technologie (Siehe IPSZ-Link), welche es uns erlaubt, spezifisch Zellen, Gewebe und Organe zu generieren.

Unsere Projekte beschäftigen sich mit der Nutzung dieser Stammzellderivate als Krankheitsmodell, für Studien der Embryologie, aber auch für Toxitiätsstudien neuer Medikamente. In Kooperation mit dem Fraunhofer Institut IGB Stuttgart entwickeln wir deshalb innovative „Organ-on-a-Chip- Modelle“, welche es uns erlauben Zellen und Organsysteme unter physiologischen Bedingungen und mit relevanten Zellinteraktion zu studieren. Zukünftig möchten wir den Begriff der „Integrated Culture“ prägen, welches abgeleitet aus der Halbleitertechnik, eine Kombination von verschiedenen Kultursystemen und Zellarten darstellt. Ein Beispiel hierfür ist der für uns etablierte „Retina-on-a-Chip“ (LINK nach unten

Retina Organoide

Eine unserer Hauptexpertisen liegt in der Differenzierung von sogenannten Retina-Organoiden aus induziert pluripotenten Stammzellen (iPSZ). Organoide sind selbst-induzierte und selbstorganisierte künstliche Organsysteme, die den Aufbau, die Morphologie und Funktionalität menschlicher Organe in der Kulturschale reflektieren können. In diesen Aspekten zeigen Retinale Organoide eine große Ähnlichkeit zur menschlichen Retina, denn sie beinhalten alle retinalen Zelltypen, eine physiologische Schichtung und sind in der Lage auf Lichtreize zu reagieren.

Wir nutzen diese Organoide, um genetische Erkrankungen wie Retinitis Pigmentosa (RP) oder Leber‘s Kongenitale Amaurose (LCA) zu modellieren, indem wir die Retinalen Organoide von betroffenen Patienten mit denen gesunder Personen vergleichen. Dadurch erhoffen wir uns Erkenntnisse über die Entstehung dieser Erkrankungen und im nächsten Schritt die Entwicklung neuer Therapieformen.

Retina-On-A-Chip

Eine der spannendsten Entwicklungen der Biomedizin des letztens Jahrzehnts ist die Erfindung von mikrofluidischen „Organ-on-a-chip“ Modellen. Im Klartext handelt sich dabei um miniaturisierte Zellkultursysteme, welche über kleinste Flüssigkeitsmengen konstant versorgt werden können. Der Vorteil dieser Systeme ist die Möglichkeit physiologische Aspekte wie Extrazellularmatrizen (über Hydrogele), mechanische Komponenten (wie z.B. Scherkräfte) oder die Interaktion verschiedener Zelltypen und Organsystem in die Zellkultur zu integrieren.

Mit der Entwicklung eines „Retina-on-a-chip“ System haben wir dieses Konzept auf die menschliche Retina und die Retina Organoide übertragen. Aufgrund der kulturtechnischen Gegebenheiten der  Retinalen Organoide, vermissen diese eine physiologisch äußerst wichtige Interaktion: die von den lichtsensitiven Fotorezeptoren und  von retinalen Pigmentepithel (RPE). Uns ist es gelungen diese Interaktion in einem Chip-System zu reproduzieren, um somit unser Modell um eine physiologische Komponente zu erweitern. Das Retina-On-A-Chip- Modell wird derzeit genutzt um Krankheitsmodelle zu generieren und Toxizitätsscreenings von Medikamenten durchzuführen. Für die Zukunft planen wir weitere Komponenten der menschlichen Retina in den Chip zu integrieren, mit dem Ziel eine vollständig physiologische Retina in der Kulturschale zu entwickeln.

Gruppenleitung

Dr. rer. nat. Kevin Achberger

Postdoc

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Mitarbeitende

Alisa Groh

Master Student

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Msc. Kaushambee Dave

PhD Student

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Elisa Schröpel

Master Student

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Msc. Denise Sperlich

PhD Student

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Lisa Hamann

Med. Doktorandin

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Msc. Viriginia Cora

PhD Student

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Publikationen

Achberger K. et al.
Human immunocompetent choroid-on-chip: a novel tool for studying ocular effects of biological drugs
Commun Biol., 2022, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35027657/

Achberger K., Pashkovskaia N., et al.
Human stem cell-based retina on chip as new translational model for validation of AAV retinal gene therapy vectors
Stem Cell Reports, 2021, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34525384/

Virginia Cora, Jasmin Haderspeck, Lena Antkowiak, Ulrich Mattheus, Peter H Neckel, Andreas F Mack, Sylvia Bolz, Marius Ueffing, Natalia Pashkovskaia, Kevin Achberger
A Cleared View on Retinal Organoids
Cells, 2019, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31035373/

Jasmin C Haderspeck, Johanna Chuchuy, Stefan Kustermann, et al., Peter Loskill
Organ-on-a-chip technologies that can transform ophthalmic drug discovery and disease modeling
Expert Opin Drug Discov, 2019, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30526132/

Kevin Achberger, Christopher Probst , Jasmin Haderspeck, et al.
Merging organoid and organ-on-a-chip technology to generate complex multi-layer tissue models in a human retina-on-a-chip platform
Elife, 2019, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31451149/

Links