In einer kleinen News-Serie möchten wir die vier preisgekrönten Projekte vorstellen. Den Anfang macht die Arbeit von Laurien Czichon (Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe, LEBAO), die in der Disease Area Cystische Fibrose und Bronchiektasen ausgezeichnet wurde.

Organtypisches Lungenmodell aus hiPSC-Zellen: Interaktionen zwischen Epithel und Makrophagen im Fokus

Laurien Czichon und Kolleg:innen entwickeln ein skalierbares in vitro-Modell zur Erforschung bakterieller Infektionen bei CF

Die Entwicklung physiologisch relevanter Modelle der menschlichen Lunge ist essenziell für die präzise Erforschung der Cystischen Fibrose (CF). Bestehende Systeme – zumeist basierend auf Tiermodellen oder primären Zellkulturen – stoßen jedoch an ihre Grenzen, wenn es um Übertragbarkeit auf den Menschen, Skalierbarkeit oder die Abbildung komplexer Zellinteraktionen geht.

Laurien Czichon und ihr Team haben daher ein neues, organtypisches in vitro-Lungenmodell namens AIRMAC (Autologous Immune Responsive Macrophage Airway Coculture) entwickelt. Dieses System basiert auf humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) und kombiniert CF-relevante respiratorische Epithelzellen mit Makrophagen, die aus denselben Stammzellen abgeleitet wurden. Beide Zelltypen tragen dabei entweder den CFTR-Mutationshintergrund oder die isogene Kontrolle, wodurch krankheitsspezifische und zelltypübergreifende Wechselwirkungen erstmals detailliert untersucht werden können.

Das Modell ermöglicht eine langzeitstabile Ko-Kultur über mindestens 25 Tage und zeigt laterale Mobilität und Clusterbildung der Makrophagen, so wie es aus in vivo-Systemen bekannt ist. Besonders hervorzuheben ist die beobachtete Interaktion der beiden Zelltypen: iPSC-abgeleitete Makrophagen zeigen eine zusätzliche Verschlechterung in ihrer Phagozytose-Fähigkeit, wenn sie mit CFTR-mutierten Atemwegsepithelzellen kultiviert werde – ein Hinweis auf die hohe funktionale Relevanz des Modells.

Derzeitige Untersuchungen konzentrieren sich auf die Plastizität und Funktionalität der Makrophagen im AIRMAC-System, einschließlich transkriptioneller und sekretorischer Analysen sowie Studien zur Pathogen- und Schleimaufnahme in Abhängigkeit von Zeit und Genotyp. Das System bietet damit eine vielversprechende Plattform für die Erforschung bakterieller Infektionen im CF-Kontext und erlaubt zukünftig auch die Testung therapeutischer Ansätze in einem humanisierten und skalierbaren Umfeld.

Die weiteren ausgezeichneten Projekte aus dem BREATH-Verbund werden wir in den kommenden Wochen ebenfalls in dieser Rubrik vorstellen.

Text: BREATH/AB

Foto: privat