Biofabrikation eines neuartigen und skalierbaren 3D In-vitro Modells für Konjunktivales Melanom
Team
Unter der Leitung von Prof. Dr. Jost Hillenkamp, Direktor der Augenklinik, widmet sich das Forschungsteam von Dr. Malik Salman Haider der Weiterentwicklung von 3D in vitro-Modellen für eine Vielzahl von Augenerkrankungen, mit einem starken Fokus auf die Verbesserung therapeutischer Strategien aus einer translationalen Perspektive. Die Arbeiten des Teams umfassen verschiedene okuläre Erkrankungen, darunter Modelle für okkulare Onkologie, Trockenes Auge (DED) und okkulare Arzneimittelabgabesysteme. Diese Modelle sollen Tierversuche reduzieren (gemäß dem 3R-Prinzip, Reduction, Refinement and Replacement), während sie gleichzeitig genauere, menschenrelevante Ergebnisse liefern. Durch die Entwicklung organotypischer 3D-Modelle kann das Team die Komplexität menschlicher Augengewebe besser nachbilden als mit traditionellen 2D-Zellkulturen. Neben der Modellentwicklung arbeitet das Team an innovativen Arzneimittelabgabesystemen, einschließlich einzelner und Kofomulierungsansätze für gezielte und effektive Behandlungen bei Augenerkrankungen.
Abbildung 1: Zhi Liang (Doktorand), Dr. Malik Salman Haider (Leiter Forschungslabor), Jonathan Zell (Medizinischer Doktorand), Ibrahim Saker (Medizinischer Doktorand), Dr. med. Johanna Theuersbacher (Clinical Scientist), Martina Wiesler (Medizinische Technische Assistentin), Wahaj ul Haq (Masterstudent)
Motivation und Innovation
Konjunktivales Melanom ist eine seltene, aber aggressive okuläre Malignität mit hohem Risiko für Rezidive und Metastasen. Bestehende 2D-Kulturmodelle können das komplexe Mikromilieu des Tumors nicht nachbilden, was ihre Nutzung bei der Untersuchung von Krankheitsverläufen und Therapieantworten einschränkt. Obwohl einige Studien Konjunktival-Melanom-Sphäroide untersucht haben, basieren diese Modelle ausschließlich auf Konjunktival-Melanom-Zelllinien und berücksichtigen nicht das konjunktivale Mikromilieu.
Unser Projekt verfolgt einen innovativen Ansatz, indem wir Konjunktiva-Sphäroide zusammen mit Konjunktival-Melanom-Sphäroiden entwickeln. Dies ermöglicht uns, sie gemeinsam zu kultivieren und den frühen sowie späten Verlauf des Melanoms genauer zu untersuchen. Dadurch erhalten wir wichtige Einblicke in die Tumorinitiation, Invasion und Interaktion mit dem umgebenden konjunktivalen Gewebe.
Zusätzlich nutzen wir unsere spezialisierte Polymerbibliothek, die sowohl Einzel- als auch Kofomulierungsansätze für Antikrebsmittel ermöglicht. Durch die Integration unseres 3D-Modells mit unserem neuartigen Arzneimittelabgabesystem können wir die Tumorbiologie systematisch untersuchen, pathophysiologische Mechanismen erforschen und die Wirksamkeit von Arzneimitteln testen. Dies bietet eine einzigartige und klinisch relevante Plattform für präklinische Arzneimittel-Screenings und die therapeutische Entwicklung.
Abbildung 2: High performance liquid chromatography (HPLC), Quantitative real time PCR (qPCR) und Envisu optical coherence tomography (OCT)
Welche Ziele verfolgt das Projekt?
Unser Ziel ist es, ein physiologisch relevantes und ethisch nachhaltiges 3D-Modell für Konjunktival-Melanom zu entwickeln, das Sphäroide enthält, die sowohl Konjunktiva- als auch Melanomzellen integrieren, um den frühen und späten Verlauf des Konjunktival-Melanoms, die Tumorbiologie und therapeutische Reaktionen zu untersuchen. Dieses Modell soll als Plattform für personalisierte Medizin dienen, um maßgeschneiderte Arzneimitteltests zu ermöglichen und gleichzeitig den 3R-Prinzipien zu folgen, um den Tierversuch in der Forschung zu minimieren. Durch die Integration fortschrittlicher polymerbasierter Arzneimittelabgabesysteme beabsichtigen wir, die Behandlungspräzision zu verbessern, die Arzneimittelwirksamkeit zu bewerten und ein klinisch relevantes präklinisches Modell für die translationalen Krebsforschung bereitzustellen.
Ansatz des Forschungsprojektes
In Zusammenarbeit mit dem Department for Functional Materials in Medicine and Dentistry (FMZ) der Julius-Maximilians-Universität Würzburg werden wir spezialisierte Biofabrikationstechniken einsetzen, um fortschrittliche 3D-Sphäroid-Modelle für Konjunktival-Melanom zu entwickeln, ein innovativer Ansatz, der in der Ophthalmologie noch nie untersucht wurde.
Durch den Einsatz von Mikrobrunnentechnologie werden wir die Sphäroid-Produktion skalieren, um ein homogenes Wachstum und konsistente biologische Reaktionen sicherzustellen, was die Zuverlässigkeit bei nachfolgenden Analysen verbessert. Diese 3D-Modelle werden das Mikromilieu des Tumors genau nachbilden und uns helfen zu verstehen, wie sich die native Biologie der Konjunktiva im Laufe der Zeit in Gegenwart von Melanomzellen verändert, ein Prozess, der in vitro bisher nicht untersucht wurde.
Durch die Nachahmung der Tumorstruktur und -verhalten wird unser Modell das Verständnis der Konjunktival-Melanom-Biologie und ihrer Reaktion auf Therapien verbessern. Zusätzlich wird diese Plattform High-Throughput-Arzneimittelscreening unterstützen und die Bewertung neuartiger therapeutischer Strategien sowie fortschrittlicher polymerbasierter Arzneimittelabgabesysteme in einem klinisch relevanten und patientenspezifischen Kontext ermöglichen.
Diese Forschung zielt darauf ab, die Entwicklung gezielter Behandlungen zu beschleunigen, die Abhängigkeit von Tierversuchen zu reduzieren und wirksamere, personalisierte Therapien für Konjunktival-Melanome zu entwickeln, um letztlich die Ergebnisse in der okulären Onkologie zu verbessern.
Welche Krebserkrankung soll behandelt werden?
In diesem Projekt legen wir den Fokus auf okulares Melanom, insbesondere Konjunktival-Melanom, eine seltene und aggressive Krebsform, die vorwiegend die äußeren Schichten des Auges betrifft. Trotz Fortschritten in den Behandlungsmethoden wie Chirurgie, Chemotherapie und Strahlentherapie bleiben Rezidive und Metastasen weiterhin erhebliche Herausforderungen. Dies unterstreicht den dringenden Bedarf an wirksameren therapeutischen Strategien sowie an innovativen präklinischen Modellen für Arzneimitteltests und -bewertung.
Warum soll das Forschungsprojekt unterstützt werden?
Es gibt eine Vielzahl von Gründen, warum dieses Projekt Unterstützung verdienen sollte. Konjunktivales Melanom ist ein seltenes und hochmetastasierendes Krebsleiden mit begrenzten Behandlungsmöglichkeiten und wenig Forschung, was die Entwicklung wirksamer Therapien erschwert. Im Vergleich zu anderen Krebsarten, die ständig im Fokus stehen, wird das konjunktivale Melanom oft vernachlässigt, und es wurde weniger Forschung in seine Untersuchung investiert. Unsere innovative Herangehensweise, ein 3D-Sphäroid-Modell unter Verwendung von Biofabrikationstechniken und Mikrobrunnentechnologie, bietet eine genauere Plattform, um Tumorprogression und Arzneimittelantworten zu untersuchen. Das Modell ermöglicht High-Throughput-Screening und personalisierte Behandlungsstrategien.
Darüber hinaus kann das Modell auf andere aggressive Melanome wie uveales und mukosales Melanom angepasst werden, wodurch die Anwendung auf okulare und nicht-okulare Melanome erweitert wird. Diese Erweiterung wird die Entwicklung gezielter Therapien und personalisierter Medizin für verschiedene Melanom-Subtypen fördern und zu besseren Behandlungsergebnissen beitragen.
Als neue Forschungsgruppe suchen wir Unterstützung, um eine solide Grundlage in der Forschung zur okulären Onkologie zu etablieren. Unsere Zusammenarbeit mit dem FMZ der Julius-Maximilians-Universität Würzburg gewährleistet interdisziplinäre Expertise und verstärkt die wissenschaftliche Wirkung des Projekts. Die Unterstützung dieses Projekts wird therapeutische Fortschritte beschleunigen und einen neuen Standard für transnationale Krebsforschung setzen.