Arbeitsgruppen
AG Lavrentieva

Forschung der Arbeitsgruppe Lavrentieva

Stammzellforschung

Die Arbeitsgruppe Stammzellforschung beschäftigt sich mit Strategien zur in vitro Expansion und zur Optimierung der Kultivierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs). Verschiedenen Methoden zur effizienten Xenofreien in vitro Kultivierung von MSCs werden etabliert. Außer konventionellen Kultivierungstechniken, wie statische zweidimensionale (2D) Zellkultur, werden auch dreidimensionale (3D) Zellkultursysteme etabliert.

Humane MSCs, Zelllinien und auch Primärzellen werden als Zellaggregate, auf Scaffolds und in Hydrogelen unter physiologischen, in vivo ähnlichen Bedingungen kultiviert. Um komplexe in vitro 3D-Systeme zu ermöglichen, werden mithilfe von Bioinks und Bioprinting physiologisch relevante in vitro 3D-Modelle für das Drug Screening gebildet.

Weiterhin werden die Einflüsse von verschiedenen in vitro Gradienten (Sauerstoffkonzentration, Steifigkeit, Wachstumsfaktoren) auf die Zellen in Hydrogelen untersucht. Mithilfe dieses Testsystems soll es zukünftig möglich sein, zuverlässig den kombinierten Einfluss verschiedener Faktoren auf das Zellverhalten zu ermitteln, um optimale Kulturbedingungen für die jeweilige Anwendung zu finden. Darüber hinaus wurden in der AG verschiedene Zelltypen mit genetisch programmierten Hypoxiesensoren modifiziert und ihre hypoxischen Reaktion („hypoxischen Signaturen“) in verschiedenen 3D-Kultivierungssystemen (Zellaggregate, Hydrogele und Scaffolds) untersucht.

EXPANSION UND OPTIMIERUNG DER KULTIVIERUNG VON MESENCHYMALEN STAMMZELLEN

Die Nutzung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) ist vielversprechend für zelltherapeutische Verfahren und für die Gewebezüchtung. Eine Vielzahl an Geweben isolierter MSCs werden bereits in zahlreichen klinischen Untersuchungen eingesetzt. Des Weiteren ist die Verwendung von MSCs durch administrative Vorgaben weniger eingeschränkt als die Verwendung von embryonalen und induzierten pluripotenten Stammzellen. Da für therapeutische Anwendungen in der Regel mehrere Millionen MSCs pro Patient erforderlich sind, ist es notwendig, optimierte Kultivierungsprotokolle zu entwickeln. In unseren Projekten verwenden wir MSCs, die in Zusammenarbeit mit der Klinik für Plastische und Wiederherstellungschirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) aus Fettgewebe gewonnen werden. Zusammen mit der Abteilung für Forschung und Entwicklung des Deutschen Roten Kreuzes werden Trombozytenlysate als Supplemente für die in vitro MSC Kultivierung evaluiert und mit traditionellen Protokollen (mit FKS und Humanserum) verglichen.

3D-ZELLKULTURSYSTEME UND BIOPRINTING

Für die Kultivierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) werden verschiedene 3D-Zellkultursysteme angewendet und evaluiert: Zellaggregate (oder Microtissues), natürliche und synthetische Scaffolds sowie Hydrogele. Um komplexe in vitro 3D-Systeme zu ermöglichen, werden in Zusammenarbeit mit der „Materialentwicklung für die Biomedizin“ verschiedene Hydrogele (z.B. Alginate, PEG-Fibrinogen und GelMA) als Bioinks für 3D-Bioprinting getestet und ihre Biokompatibilität und mechanischen Eigenschaften in Anwesenheit von Zellen sowie ihre Degradation und Bedruckbarkeit überprüft. Mithilfe des Bioprintings werden nicht nur künstliche Tissue Engineering-Konstrukte hergestellt, sondern auch physiologisch relevante in vitro 3D-Modelle für das Drug Screening gebildet. In Zusammenarbeit mit der AG Pepelanova „Materialentwicklung für die Biomedizin“.

GRADIENTE IN HYDROGELEN

Im Rahmen des Projektes „3D Zwei Gradienten Systeme für funktionelle Zelltestung“ (398007461), durch die DFG gefördert, entwickeln wir Hydrogel-basierte in vitro Gradienten. Dabei wird durch unterschiedlich starke Vernetzung ein mechanischer Gradient in das Hydrogel eingebracht. Orthogonal dazu wird ein Sauerstoffgradient etabliert, sodass innerhalb eines Experiments sämtliche Kombinationen aus Hydrogelzusammensetzung und Sauerstoffkonzentration getestet werden können. Mit Hilfe des neuartigen Testsystems soll es zukünftig möglich sein rasch und zuverlässig den kombinierten Einfluss verschiedener Faktoren auf das Zellverhalten zu ermitteln, um optimale Kulturbedingungen für die jeweilige Anwendung zu finden.

HYPOXIEREPORTER ZELLEN

Die Implementierung klinisch relevanter Reporterzellen dient als wertvolles Instrument zur raumzeitlichen Erfassung der Sauerstoffversorgungsbeschränkung in verschiedenen In-vitro-Systemen. In Kooperation mit AG Belousov (Labor für molekulare Technologien, Shemyakin-Ovchinnikov Institut für bioorganische Chemie, Moskau) werden in unserer Gruppe verschiedene Zelltypen (MSCs, Chondrozyten, Endothelzellen etc.) mit genetisch programmierten Hypoxiesensoren modifiziert und ihre hypoxischen Reaktion („hypoxischen Signaturen“) in verschiedenen 3D-Kultivierungssystemen (Zellaggregate, Hydrogele und Scaffolds) untersucht. Insgesamt soll das Projekt wertvolle Informationen über das Auftreten von Hypoxie in 3D-In-vitro-Systemen und die Reaktionen verschiedener menschlicher Zellen liefern. Die unterschiedlichen Reporterzellen, die in diesem Projekt erstellt wurden, werden auch ein innovatives Toolkit für weitere Anwendungsbereichen darstellen, beispielsweise im Bereich des Bioprintings, der Charakterisierung von Biomaterialien oder der Modellierung von Krankheiten.

KONTAKT

Dr. Antonina Lavrentieva
Adresse
Callinstraße 1
30167 Hannover
Gebäude
Raum
005
Dr. Antonina Lavrentieva
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