@phdthesis{Schlesinger2024,
  author    = {Schlesinger, Tobias},
  title     = {Autolog zellbesiedelte Matrix zum Verschluss gastraler Inzisionen: Eine Machbarkeitsstudie im Schweinemodell},
  doi       = {10.25972/OPUS-30583},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-305832},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Einleitung: Strukturelle Defekte der gastrointestinalen Hohlorgane stellen ein allgegen-w{\"a}rtiges Problem im klinischen Alltag dar. Sie entstehen meist auf dem Boden einer ent-z{\"u}ndlichen oder tumor{\"o}sen Grunderkrankung und k{\"o}nnen außerdem traumatisch sowie durch medizinische Eingriffe hervorgerufen werden. In der Folge kommt es zur Kontami-nation des umliegenden Gewebes mit Magen- bzw. Darminhalt, wodurch delet{\"a}re Folgen wie eine systemische Infektion, also eine Sepsis mit Multiorganversagen drohen k{\"o}nnen. Vor diesem Hintergrund sind gastrointestinale Defekte immer als potenziell lebensbedroh-lich f{\"u}r den Patienten zu betrachten. Die ad{\"a}quate und kausale Behandlung erfolgt je nach {\"A}tiologie und Zustand des Patienten durch eine Operation oder eine endoskopische Inter-vention. Hierzu stehen zahlreiche etablierte, operative und interventionelle Therapieme-thoden zur Verf{\"u}gung. In manchen F{\"a}llen stoßen die etablierten Techniken jedoch an ihre Grenzen. Bei Patienten mit schwerwiegenden Komorbidit{\"a}ten oder im Rahmen neuer me-dizinischer Verfahren sind Innovationen gefragt. Die Grundidee der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer biotechnologischen Therapieoption zur Versorgung gastrointesti-naler Hohlorganperforationen. Methoden: Zur Durchf{\"u}hrung einer Machbarkeitsstudie wurden zehn G{\"o}ttinger Mi-nischweine in zwei Gruppen mit jeweils 5 Tieren aufgeteilt. Den Tieren der Experimental-gruppe wurden Hautbiopsien entnommen und daraus Fibroblasten isoliert, welche vo-r{\"u}bergehend konserviert wurden. Unter Verwendung von azellularisiertem Schweinedarm erfolgte die Herstellung von Implantaten nach den Prinzipien des Tissue Engineerings. Die Tiere beider Gruppen wurden einer Minilaparotomie und einer ca. 3cm-Inzision der Ma-genvorderwand unterzogen. Die anschließende Versorgung wurde in der Experimental-gruppe durch Implantation der neuartigen Konstrukte erzielt. In der Kontrollgruppe wur-de im Sinne des Goldstandards eine konventionelle Naht durchgef{\"u}hrt. Anschließend wurden die Tiere f{\"u}r vier Wochen beobachtet. Eine bzw. zwei Wochen nach dem pri-m{\"a}ren Eingriff wurde bei allen Tieren beider Gruppen eine Laparoskopie bzw. Gastrosko-pie durchgef{\"u}hrt. Am Ende der klinischen Observationsphase wurden die Versuchstiere get{\"o}tet und die entsprechenden Magenareale zur histologischen Untersuchung explantiert. Ergebnisse: Die Herstellung der Implantate konnte auf der Basis standardisierter zellbio-logischer Methoden problemlos etabliert werden. Alle Tiere beider Gruppen {\"u}berlebten den Prim{\"a}reingriff sowie das vierw{\"o}chige Nachbeobachtungsintervall und zeigten dabei keine klinischen Zeichen m{\"o}glicher Komplikationen. Die durchgef{\"u}hrten Laparoskopien und Gastroskopien ergaben bei keinem der Tiere Hinweise auf Leckagen oder lokale Infek-tionsprozesse. Die histologische Aufarbeitung zeigte im Bereich des urspr{\"u}nglichen De-fekts eine bindegewebige {\"U}berbr{\"u}ckung sowie ein beginnendes Remodeling der Magen-schleimhaut in beiden Gruppen. Schlussfolgerungen: Durch die Verkn{\"u}pfung von Einzelprozessen der Zellkultur und dem Großtier-OP konnte ein neues Verfahren zum Verschluss gastrointestinaler Defekt erfolgreich demonstriert und etabliert werden. Das Projekt konnte reibungslos durchge-f{\"u}hrt werden und lieferte Ergebnisse, die dem Goldstandard nicht unterlegen waren. Auf-grund der kleinen Fallzahl und weiterer methodischer Limitationen sind jedoch nur einge-schr{\"a}nkt Schlussfolgerungen m{\"o}glich, weshalb die Durchf{\"u}hrung gr{\"o}ßerer und gut geplan-ter Studien notwendig ist. Die Erkenntnisse dieser Pilotstudie liefern eine solide Basis f{\"u}r die Planung weiterf{\"u}hrender Untersuchungen.},
  subject      = {Magenkrankheit},
  language  = {de}
}
@phdthesis{SchmidtgebSchmid2023,
  author    = {Schmidt [geb. Schmid], Freia Florina},
  title     = {Ein dreidimensionales kutanes Melanommodell f{\"u}r den Einsatz in der pr{\"a}klinischen Testung},
  doi       = {10.25972/OPUS-32925},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-329255},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Das maligne Melanom nimmt als Tumorerkrankung mit hoher Metastasierungsrate und steigenden Inzidenzraten bei h{\"o}chster Mortalit{\"a}t aller Hauttumoren eine zunehmende Bedeutung in der modernen Onkologie ein. Fr{\"u}hzeitige Diagnosem{\"o}glichkeiten und moderne Behandlungen konnten das {\"U}berleben der Patienten bereits erheblich verbessern. Jedoch besteht nach wie vor Bedarf an geeigneten Modellen, um die Melanomprogression vollst{\"a}ndig zu verstehen und neue wirksame Therapien zu entwickeln. Hierf{\"u}r werden h{\"a}ufig Tiermodelle verwendet, diese spiegeln jedoch nicht die menschliche Mikroumgebung wider. Zweidimensionalen Zellkulturen fehlen dagegen entscheidende Elemente der Tumormikroumgebung. Daher wurde in dieser Arbeit ein dreidimensionales epidermales Tumormodell des malignen Melanoms, welches aus prim{\"a}ren humanen Keratinozyten und verschiedenen Melanomzelllinien besteht, entwickelt. Die eingesetzten Melanomzelllinien variieren in ihren Treibermutationen, wodurch das Modell in der Lage ist, Wirkstoffe zu untersuchen, die spezifisch auf diese Mutationen wirken. Mit Techniken des Tissue Engineerings konnte ein dreidimensionales Hautmodell aufgebaut werden, das alle charakteristischen Schichten der Epidermis aufweist und im Bereich des stratum basale Melanomcluster ausbildet. Diese reichen je nach Gr{\"o}ße und Ausdehnung bis in suprabasale Epidermisschichten hinein. Die Tumor-Histopathologie, der Tumorstoffwechsel sowie tumorassoziierte Proteinsekretionen ließen sich im in vitro Modell nachweisen. Dar{\"u}ber hinaus konnte ein Protokoll entwickelt werden, mit dem einzelne Zellen aus den Modellen reisoliert werden k{\"o}nnen. Dies erm{\"o}glichte es, den Proliferationszustand innerhalb des jeweiligen Modells zu charakterisieren und die Wirkung von Antitumortherapien gezielt zu bewerten. Die Anwendbarkeit als Testsystem im Bereich der Tumortherapeutika wurde mit dem in der Klinik h{\"a}ufig verwendeten v-raf-Maus-Sarkom-Virus-Onkogen-Homolog B (BRAF)-Inhibitor Vemurafenib demonstriert. Der selektive BRAF-Inhibitor reduzierte erfolgreich das Tumorwachstum in den Modellen mit BRAF-mutierten Melanomzellen, was durch eine Verringerung der metabolischen Aktivit{\"a}t, der proliferierenden Zellen und des Glukoseverbrauchs gezeigt wurde. F{\"u}r die Implementierung des Modells in die pr{\"a}klinische Therapieentwicklung wurde B-B-Dimethylacrylshikonin, ein vielversprechender Wirkstoffkandidat, welcher einen Zellzyklusarrest mit anschließender Apoptose bewirkt, im Modell getestet. Bei einer Anwendung der Modelle im Bereich der Testung topischer Behandlungen ist eine Barrierefunktion der Modelle notwendig, die der in vivo Situation nahe kommt. Die Barriereeigenschaften der Haut{\"a}quivalente wurden durch die Melanomzellen nachweislich nicht beeinflusst, sind aber im Vergleich zur in vivo Situation noch unzureichend. Eine signifikante Steigerung der Hautbarriere konnte durch die Bereitstellung von Lipiden und die Anregung hauteigener Regenerationsprozesse erreicht werden. {\"U}ber den Nachweis des transepidermalen Wasserverlusts konnte eine Messmethode zur nicht-invasiven Bestimmung der Hautbarriere etabliert und {\"u}ber den Vergleich zur Impedanzspektroskopie validiert werden. Hierbei gelang es, erstmals die Korrelation der Hautmodelle zur in vivo Situation {\"u}ber ein solches Verfahren zu zeigen. Das entwickelte epidermale Modell konnte durch die Integration eines dermalen Anteils und einer Endothelzellschicht noch weiter an die komplexe Struktur und Physiologie der Haut angepasst werden um Untersuchungen, die mit der Metastierung und Invasion zusammenh{\"a}ngen, zu erm{\"o}glichen. Die artifizielle Dermis basiert auf einem Kollagen-Hydrogel mit prim{\"a}ren Fibroblasten. Eine dezellularisierte Schweinedarmmatrix ließ sich zur Erweiterung des Modells um eine Endothelzellschicht nutzen. Dabei wanderten die prim{\"a}ren Fibroblasten apikal in die nat{\"u}rliche Schweindarmmatrix ein, w{\"a}hrend die Endothelzellen basolateral eine geschlossene Schicht bildeten. Die in dieser Arbeit entwickelten Gewebemodelle sind in der Lage, die Vorhersagekraft der in vitro Modelle und die in vitro - in vivo Korrelation zu verbessern. Durch die Kombination des Melanommodells mit einer darauf abgestimmten Analytik wurde ein neuartiges Werkzeug f{\"u}r die pr{\"a}klinische Forschung zur Testung von pharmazeutischen Wirkstoffen geschaffen.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{WeigelgebSchneider2022,
  author    = {Weigel [geb. Schneider], Verena},
  title     = {Entwicklung eines \(in\) \(vitro\) Modells f{\"u}r Verbrennungen ersten Grades zur Testung einer zellbasierten Wundauflage},
  doi       = {10.25972/OPUS-26151},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-261514},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Mit j{\"a}hrlich circa 11 Millionen F{\"a}llen weltweit, stellen schwere Brandwunden bis heute einen großen Anteil an Verletzungen dar, die in Kliniken behandelt werden m{\"u}ssen. W{\"a}hrend leichte Verbrennungen meist problemlos heilen, bedarf die Behandlung tieferer Verbrennungen medizinischer Intervention. Zellbasierte Therapeutika zeigen hier bereits große Erfolge, aufgrund der eingeschr{\"a}nkten {\"U}bertragbarkeit von Ergebnissen aus Tiermodellen ist jedoch sowohl die Testung neuer Produkte, als auch die Erforschung der Wundheilung bei Brandwunden noch immer schwierig. Aufgrund dessen wurden in dieser Arbeit zwei Ziele verfolgt: Die Etablierung von Methoden, um ein zellbasiertes Therapeutikum produzieren zu k{\"o}nnen und die Entwicklung eines Modells zur Untersuchung von Verbrennungswunden. Zun{\"a}chst wurden hierf{\"u}r die Kulturbedingungen und -protokolle zur Isolation und Expansion von Keratinozyten so angepasst, dass sie g{\"a}ngigen Regularien zur Produktion medizinischer Produkte entsprechen. Hier zeigten die Zellen auch in anschließenden Analysen, dass charakteristische Merkmale nicht verloren hatten. Dar{\"u}ber hinaus gelang es, die Zellen mithilfe verschiedener protektiver Substanzen erfolgreich einzufrieren und zu konservieren. Des Weiteren konnte ein Modell etabliert werden, das eine Verbrennung ersten Grades widerspiegelt. {\"U}ber einen Zeitraum von zwei Wochen wurde seine Regeneration hinsichtlich verschiedener Aspekte, wie der Histomorphologie, dem Metabolismus und der Reepithelialisierungsrate, untersucht. Die Modelle zeigten hier viele Parallelen zur Wundheilung in vivo auf. Um die Eignung der Modelle zur Testung von Wirkstoffen zu ermitteln wurde außerdem eine Behandlung mit 5\% Dexpanthenol getestet. Sie resultierte in einer verbesserten Histomorphologie und einer erh{\"o}hten Anzahl an proliferativen Zellen in den Modellen, beschleunigte jedoch die Reepithelialisierung nicht. Zusammengefasst konnten in dieser Arbeit zun{\"a}chst Methoden etabliert werden, um ein medizinisches Produkt aus Keratinozyten herzustellen und zu charakterisieren. Außerdem wurde ein Modell entwickelt, anhand dessen die Wundheilung und Behandlung von Verbrennungen ersten Grades untersucht werden kann und welches als Basis zur Entwicklung von Modellen von tieferen Verbrennungen dienen kann.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lotz2019,
  author    = {Lotz, Christian},
  title     = {Entwicklung eines Augenirritationstests zur Identifikation aller GHS-Kategorien f{\"u}r den Endpunkt Augenreizung},
  doi       = {10.25972/OPUS-17012},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-170126},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Die Risikobewertung von Chemikalien ist f{\"u}r die {\"o}ffentliche Gesundheit von entschei-dender Bedeutung, weshalb strenge Testverfahren zu deren toxikologischer Begutach-tung angewandt werden. Die urspr{\"u}nglich tierbasierten Testverfahren werden aufgrund von neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und wegen {\"o}konomischer Ineffizienz sowie ethischer Fragw{\"u}rdigkeit immer mehr durch alternative Methoden ohne Tiermodelle ersetzt. F{\"u}r den toxikologischen Endpunkt der Augenreizung wurden bereits die ersten alternativen Testsysteme auf der Basis von ex vivo- oder in vitro-Modellen entwickelt. Jedoch ist bis dato kein alternatives Testsystem in der Lage, das gesamte Spektrum der verschiedenen Kategorien der Augenreizungen nach dem global harmonisierten System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS) vorherzusagen und damit den tierbasierten Draize-Augenreizungstest vollends zu ersetzen. Gr{\"u}nde hierf{\"u}r sind fehlende physiologische Merkmale im Modell sowie eine destruktive Analysemethode. Aufgrund dessen wurden in dieser Studie die Hypothesen getestet, ob ein verbessertes In-vitro-Modell oder eine zerst{\"o}rungsfreie, hochsensitive Analysemethode die Vorher-sagekraft des Augenreizungstests verbessern k{\"o}nnen. Daf{\"u}r wurden zun{\"a}chst neue Mo-delle aus humanen Hornhaut- und Hautepithelzellen entwickelt. Die Modelle aus pri-m{\"a}ren cornealen Zellen zeigten eine gewebespezifische Expression der Marker Zytokera-tin 3 und 12 sowie Loricrin. In beiden Modellen konnte durch die Verk{\"u}rzung der Kul-turdauer die Ausbildung einer Hornschicht verhindert werden. Die Modelle wiesen dadurch eine sensiblere Barriere vergleichbar der nativen Cornea auf. Dar{\"u}ber hinaus konnte durch die chemische Quervernetzung mit Polyethylenglykolsuccinimidylglutara-tester ein transparentes, nicht kontrahierendes Stroma-{\"A}quivalent etabliert werden. Der Stroma-Ersatz konnte zur Generierung von Hemi- und Voll-Cornea-{\"A}quivalenten einge-setzt werden und lieferte somit erste Ansatzpunkte f{\"u}r die Rekonstruktion der nativen Hornhaut. Parallel dazu konnte ein zerst{\"o}rungsfreies Analyseverfahren basierend auf der Impe-danzspektroskopie entwickelt werden, das wiederholte Messungen der Gewebeintegri-t{\"a}t zul{\"a}sst. Zur verbesserten Messung der Barriere in dreidimensionalen Modelle wurde hierf{\"u}r ein neuer Parameter, der transepitheliale elektrische Widerstand (TEER) bei der Frequenz von 1000 Hz, der TEER1000 Hz definiert, der eine genauere Aussage {\"u}ber die Integrit{\"a}t der Modelle zul{\"a}sst. Durch die Kombination der entwickelten cornealen Epithelzellmodelle mit der TEER1000 Hz-Messung konnte die Pr{\"a}dikitivit{\"a}t des Augenrei-zungstests auf 78 - 100 \% erh{\"o}ht werden. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass die nicht destruktive Messung des TEER1000 Hz zum ersten Mal erlaubte, die Persistenz von Irritationen durch wiederholte Messungen in einem in vitro-Modell zu erkennen und somit die GHS-Kategorie 1 von GHS-Kategorie 2 zu unterscheiden. Der wissenschaftli-che Gewinn dieser Forschungsarbeit ist ein neues Testverfahren, das alle GHS-Kategorien in einem einzigen in vitro-Test nachweisen und den Draize-Augenreizungstest g{\"a}nzlich ersetzen kann.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schuerlein2016,
  author    = {Sch{\"u}rlein, Sebastian},
  title     = {Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Tissue Engineering Prozessen am Beispiel der Herstellung von kardialem Gewebe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142432},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Kardiovaskul{\"a}re Erkrankungen, wie beispielsweise der Herzinfarkt, sind die h{\"a}ufigste Todesursache weltweit. Bei einem Herzinfarkt sterben Areale des Herzens aufgrund einer Unterversorgung mit Blut ab. Da das Herzmuskelgewebe ein sogenanntes terminal differenziertes Gewebe ist, kommt es zu keiner Regeneration des Gewebes, mit der Folge einer Herzinsuffizienz beziehungsweise dem Tod des Patienten. Eine alternative Behandlungsm{\"o}glichkeit zu einer Herztransplantation stellt das Tissue Engineering dar. Mit Hilfe des Tissue Engineerings k{\"o}nnen dreidimensionale Gewebe aufgebaut und kultiviert werden, um auf diese Weise ein funktionelles Gewebe zu erhalten, durch welches das abgestorbene Gewebeareal des Herzens zuk{\"u}nftig auch ersetzt werden k{\"o}nnte. In der vorliegenden Arbeit wurden notwendige Technologien f{\"u}r den Aufbau von Geweben entwickelt sowie erste Versuche f{\"u}r die Erzeugung eines funktionellen Herzmuskelgewebes durchgef{\"u}hrt. Beim Aufbau von dreidimensionalen Geweben finden Tr{\"a}gerstrukturen Anwendung, die mit Zellen besiedelt werden. Solche Tr{\"a}gerstrukturen k{\"o}nnen aus biologischen oder synthetischen Polymeren hergestellt sein oder aus der extrazellul{\"a}ren Matrix eines dezellularisierten Gewebes bestehen. F{\"u}r eine standardisierte Dezellularisierung von Geweben wurde eine computergesteuerte Pumpeneinheit, f{\"u}r die Herstellung von Nanofaserscaffolds eine Elektrospinninganlage entwickelt. Mit Hilfe der Dezellularisierungseinheit k{\"o}nnen komplexe Organe, wie ein Herz im Ganzen, reproduzierbar dezellularisiert werden. Untersuchungen der mittels Elektrospinning hergestellten Nanofaserscaffolds, welche als Alternative zu der dezellularisierten, nat{\"u}rlichen Matrix eingesetzt werden k{\"o}nnen, zeigten bei allen hergestellten Zusammensetzungen eine Orientierung der Zellen entlang der Fasern. Die Kultivierung von Zellmatrixkonstrukten erfolgt im Tissue Engineering h{\"a}ufig unter dynamischen Bedingungen. Hierf{\"u}r wurde ein mobiler Stand Alone Inkubator mit der erforderlichen Peripherie f{\"u}r eine Kultur unter Perfusion des Gewebes entwickelt. Als Weiterentwicklung des Stand Alone Inkubators ist eine modulare Bioreaktorplattform, bestehend aus W{\"a}rmetauscher, Beutelpumpe und Gasaustauscher, aufgebaut worden. In dieses System kann {\"u}ber Standard Anschl{\"u}sse jegliche Art von Bioreaktor in das System eingebunden werden. Durch die Kompaktheit des Systems ist es m{\"o}glich mehrere Ans{\"a}tze parallel auf engem Raum durchzuf{\"u}hren. Die Funktion der Plattform, wurde in der vorliegenden Arbeit durch die Gewebekultur einer nativen porzinen Karotis nachgewiesen. F{\"u}r den Aufbau des kardialen Gewebes dient die small intestinal submucosa ohne Serosa (SISser) als Tr{\"a}gerstruktur. Der Aufbau des Gewebekonstrukts erfolgte in verschiedenen Ans{\"a}tzen unter Einsatz verschiedener Zellarten. Native, aus Herzbiopsien generierte Cardiosphere derived cells (CDCs) verteilten sich gleichm{\"a}ßige {\"u}ber die Oberfl{\"a}che der Matrix, jedoch konnten immunhistologisch keine spezifischen kardialen Marker bei den artifiziellen Geweben nachgewiesen werden. Zellmatrixkonstrukte aus einer Mono Kultur von Kardiomyozyten, differenziert aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS Zellen) sowie einer Co Kultur dieser Kardiomyozyten mit mesenchymalen Stammzellen und Zellen aus einer Herzbiopsie zeigten nach wenigen Tagen in Kultur ein kontraktiles Verhalten. Immunhistologische F{\"a}rbungen der beiden Gewebe best{\"a}tigten die Expression der spezifischen kardialen Marker, wie beispielsweise kardiales Troponin T, kardiales Troponin C und alpha Actinin. Die Kardiomyozyten der Mono Kultur sind jedoch nicht {\"u}ber die gesamte Matrixoberfl{\"a}che verteilt, sondern bilden Aggregate. Bei der Co Kultur kann eine gleichm{\"a}ßige Verteilung der Zellen auf der Matrix beobachtet werden. Der vielversprechendste Ansatz f{\"u}r den Aufbau eines Herzmuskelgewebes, welches als Implantat oder Testsystem eingesetzt werden kann, bildet nach den in dieser Arbeit erzielten Ergebnissen, ein Konstrukt aus der SISser und der Co Kultur der Zellen. Allerdings muss die Zusammensetzung der Co Kultur sowie das Verh{\"a}ltnis der Zellzahlen optimiert werden.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Goettlich2019,
  author    = {G{\"o}ttlich, Claudia},
  title     = {Etablierung eines humanen 3D Lungentumor-Testsystems zur Analyse von Behandlungseffekten},
  doi       = {10.25972/OPUS-16413},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-164132},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Lungenkrebs ist weltweit f{\"u}r die meisten krebsassoziierten Tode verantwortlich. Ursache daf{\"u}r ist unter anderem, dass viele Medikamente in der klinischen Anwendung, aufgrund nicht {\"u}bertragbarer Ergebnisse aus der Pr{\"a}klinik, scheitern. Zur Entwicklung neuer Therapiestrategien werden deshalb Modelle ben{\"o}tigt, welche die in vivo Situation besser widerspiegeln. Besonders wichtig ist es dabei, zu zeigen, f{\"u}r welche Fragestellungen ein neues Testsystem valide Ergebnisse liefert. In dieser Arbeit ist es mit Hilfe des Tissue Engineering gelungen, ein humanes 3D in vitro Lungentumor-Testsystem weiter zu entwickeln und f{\"u}r verschiedene Fragestellungen zu validieren. Zudem konnten sowohl f{\"u}r die Herstellung als auch f{\"u}r die Behandlung der Tumormodelle SOPs etabliert werden. Hier wurde zun{\"a}chst beobachtet, dass die Auswerteparameter f{\"u}r die Beurteilung von Behandlungseffekten eine geringe Varianz aufweisen und das 3D Modell deshalb als Testsystem geeignet ist. Ein Vergleich der Morphologie, des EMT-Status und der Differenzierung der Tumorzelllinien im 3D Modell mit Tumorbiopsaten von Adenokarzinompatienten verdeutlichte, dass die 3D Modelle tumorrelevante Merkmale besitzen. So sind die Zelllinien auf der biologischen Matrix, verglichen mit der jeweiligen 2D Kultur, durch eine reduzierte Proliferationsrate gekennzeichnet, welche eher der in vivo Situation entspricht. F{\"u}r die Etablierung und Validierung des 3D Modells als Testsystem war es notwendig, klinisch relevante Therapien in dem Modell anzuwenden und die Ergebnisse der Behandlung in vitro mit denen im Patienten zu vergleichen. Dabei konnte zun{\"a}chst best{\"a}tigt werden, dass eine zielgerichtete Therapie gegen den EGFR in dem 3D System zu einer verst{\"a}rkten Induktion der Apoptose im Vergleich zu 2D f{\"u}hrt. Dies entspricht klinischen Beobachtungen, bei denen EGFR-mutierte Patienten gut auf eine Therapie mit Tyrosin-Kinase-Inhibitoren (TKI) ansprechen. Anschließend wurde in dieser Arbeit erstmals in vitro gezeigt, dass die Behandlung mit einem HSP90-Inhibitor bei KRAS-Mutation wie in behandelten Patienten keine eindeutigen Vorteile bringt, diese jedoch in Experimenten der 2D Zellkultur mit den entsprechenden Zelllinien vorhergesagt werden. Die Ergebnisse aus dem in vitro Modell spiegeln damit verschiedene klinische Studien wider und unterstreichen das Potenzial des 3D Lungentumor-Testsystems die Wirkung zielgerichteter Therapien vorherzusagen. Durch die Messung von Signalwegsaktivierungen {\"u}ber Phospho-Arrays und Western Blot konnten in dieser Arbeit Unterschiede zwischen 2D und 3D nach Behandlung gezeigt werden. Diese lieferten die Grundlage f{\"u}r bioinformatische Vorhersagen f{\"u}r Medikamente. Mit fortschreitender Erkrankung und dem Entstehen invasiver Tumore, die m{\"o}glicherweise Metastasen bilden, verschlechtert sich die Prognose von Krebspatienten. Zudem entwickeln Patienten, die zun{\"a}chst auf eine Therapie mit TKI ansprechen, bereits nach kurzer Zeit Resistenzen, die ebenfalls zur Progression des Tumorwachstums f{\"u}hren. Zur Wirkungsuntersuchung von Substanzen in solchen fortgeschrittenen Erkrankungsstadien wurde das bestehende Testsystem erweitert. Zum einen wurde mit Hilfe des Wachstumsfaktors TGF-β1 eine EMT ausgel{\"o}st. Hier konnte beobachtet werden, dass sich die Expression verschiedener EMT- und invasionsassoziierter Gene und Proteine ver{\"a}nderte und die Zellen vor allem in dynamischer Kultur verst{\"a}rkt die Basalmembran der Matrix {\"u}berquerten. Zum anderen wurde die Ausbildung von Resistenzen gegen{\"u}ber TKI durch die Generierung von resistenten Subpopulationen aus einer urspr{\"u}nglich sensitiven Zelllinie und anschließender Kultivierung auf der Matrix abgebildet. Dabei zeigte sich keine der klinisch bekannten Mutationen als urs{\"a}chlich f{\"u}r die Resistenz, sodass weitere Mechanismen untersucht wurden. Hier konnten Ver{\"a}nderungen in der Signaltransduktion sowie der Expression EMT-assoziierter Proteine festgestellt werden. Im letzten Teil der Arbeit wurde eine neuartige Behandlung im Bereich der Immuntherapie erfolgreich in dem 3D Modell angewendet. Daf{\"u}r wurden T-Zellen, die einen chim{\"a}ren Antigen-Rezeptor (CAR) gegen ROR1 tragen, in statischer und dynamischer Kultur zu den Tumorzellen gegeben und der Therapieeffekt mittels histologischer F{\"a}rbung und der Bestimmung der Apoptose evaluiert. Zus{\"a}tzlich konnten Eigenschaften der T-Zellen, wie deren Proliferation sowie Zytokinaussch{\"u}ttung quantifiziert und damit eine spezifische Wirkung der CAR transduzierten T-Zellen gegen{\"u}ber Kontroll-T-Zellen nachgewiesen werden. Zusammenfassend ist es in dieser Arbeit gelungen, ein humanes 3D Lungentumor-Testsystem f{\"u}r die Anwendung in der pr{\"a}klinischen Entwicklung von Krebsmedikamenten sowie der Grundlagenforschung im Bereich der Tumorbiologie zu etablieren. Dieses Testsystem ist in der Lage relevante Daten zu Biomarker-geleiteten Therapien, zur Behandlung fortgeschrittener Tumorstadien und zur Verbesserung neuartiger Therapiestrategien zu liefern.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wallstabe2020,
  author    = {Wallstabe, Julia},
  title     = {Induktion von GvHD-artigen Gewebesch{\"a}den an humanen artifiziellen Hautmodellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-15396},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-153966},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Graft-versus-Host Disease (GvHD) stellt einen h{\"a}ufigen, den Gesamterfolg einer allogenen h{\"a}matopoetischen Stammzelltransplantation limitierenden Faktor dar. Bei dieser Komplikation attackieren vor allem alloreaktive T-Lymphozyten des Stammzellspenders gesunde K{\"o}rperzellen des Patienten. Infolgedessen kommt es zu Gewebesch{\"a}den in den Zielorganen Haut, Leber und Darm. Die Behandlung der GvHD erfordert eine effektive Immunsuppression, was wiederum Graft-versusTumor-Effekte kompromittiert und den R{\"u}ckfall der malignen Grunderkrankung bedingen kann. Viele Patienten sprechen aus bisher ungekl{\"a}rten Gr{\"u}nden nicht auf die klassische immunsuppressive Therapie mit Steroiden oder second-line Therapien an. Neue zellul{\"a}re Therapien zur Behandlung der refrakt{\"a}ren GvHD sind auf dem Vormarsch, bed{\"u}rfen aber einer weiterf{\"u}hrenden klinischen Testung, auch um die exakten Wirkungsmechanismen zu verstehen. Idealerweise k{\"o}nnten neue Testsysteme das GvHD-Potential von allogenen Stammzellpr{\"a}paraten oder aber das immunsuppressive Potential von neuen GvHD-Therapien vorhersagen, bevor diese in klinischen Studien eingesetzt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein erstes, in multiplen Replikaten einsetzbares, humanes organotypisches Gewebemodell zur Simulation einer GvHD-Reaktion am Beispiel der Haut zu etablieren. Zu diesem Zweck wurden artifizielle humane Hautmodelle unter statischen (KollagenHautmodelle) und dynamischen Kulturbedingungen (vaskularisierte Hautmodelle) generiert. Die Injektion unstimulierter PBMCs (engl. peripheral blood mononuclear cells) f{\"u}hrte zu keinen histomorphologischen Ver{\"a}nderungen in den KollagenHautmodellen. Im Gegensatz dazu hatte die Injektion vorstimulierter allogener PBMCs eine Zerst{\"o}rung der epidermalen Strukturen der Kollagen-Hautmodelle zur Folge, welche vergleichbar waren mit Gewebesch{\"a}den bei einer akuten GvHD der Haut. Dieselben Sch{\"a}digungen der Epidermis wurden durch die Injektion von Medium{\"u}berst{\"a}nden vorstimulierter PBMCs in die Kollagen-Hautmodelle erreicht. Im Kulturmedium der Kollagen-Hautmodelle wurden hohe Konzentrationen von Interleukin 2 und 17, Interferon gamma sowie Tumornekrosefaktor alpha gemessen, wodurch auf die Beteiligung von Zytokinen an der inflammatorischen Reaktion geschlossen werden konnte. Auch im komplexeren vaskularisierten Hautmodell verursachte die Injektion vorstimulierter PBMCs histomorphologische Ver{\"a}nderungen entsprechend einer akuten Haut-GvHD sowie einen zeitabh{\"a}ngigen Anstieg proinflammatorischer Zytokine. Zusammenfassend zeigen die Resultate dieser Arbeit, dass die Induktion einer starken Inflammations- und Immunreaktion in artifiziellen humanen Hautmodellen, welche histomorphologisch eine GvHD imitiert, m{\"o}glich ist. Dieses Modell k{\"o}nnte als Grundlage f{\"u}r die Entwicklung eines klinisch relevanten Testsystems zur Bestimmung des GvHD-Restpotentials oder zur Festlegung der immunsuppressiven Kapazit{\"a}t innovativer Zellpr{\"a}parate dienen. Somit k{\"o}nnten humane artifizielle GvHDModelle in klinischen Studien eingesetzt werden und die Erfahrungen aus Tiermodellen erg{\"a}nzen sowie erste in vitro Ergebnisse im humanen System liefern, welche dann mit dem tats{\"a}chlichen klinischen Resultat verglichen werden k{\"o}nnten.},
  subject      = {Graft-versus-host-disease},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lennartz2018,
  author    = {Lennartz, Simon},
  title     = {Tissue Engineering der menschlichen Speicheldr{\"u}se unter Verwendung von Epithel- und mikrovaskul{\"a}ren Endothelzellen auf einer Matrix aus dezellularisiertem Schweinedarm},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-164116},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Eine ausgepr{\"a}gte Mundtrockenheit, Xerostomie, entsteht h{\"a}ufig durch eine irreversible Funktionseinschr{\"a}nkung der Speicheldr{\"u}sen. Diese ist unter anderem durch die Einnahme bestimmter Medikamente, Autoimmunerkrankungen, fortgeschrittenes Alter oder die Bestrahlungstherapie von Tumoren der Kopf-Hals-Region bedingt, wobei letztere eine der h{\"a}ufigsten Ursachen darstellt. Konsequenzen der eingeschr{\"a}nkten Dr{\"u}senfunktion sind herabgesetzte Speichelflussraten, eine Reduktion des Mund-pH-Werts, eine ver{\"a}nderte Elektrolyt- und Immunglobulin-Zusammensetzung des Speichels und somit eine Verringerung des Infektionsschutzes. Die resultierenden Komplikationen erstrecken sich von Karies und rezidivierenden Infektionen bis hin zu Pilzbesiedelungen der Mundschleimhaut. Diese schr{\"a}nken die Lebensqualit{\"a}t der Patienten stark ein und f{\"u}hren h{\"a}ufig zu Therapieunterbrechungen. Fast die H{\"a}lfte der Patienten leidet unter Depressionen oder psychischen Belastungszust{\"a}nden. Es gibt wenige Therapieans{\"a}tze zur Behandlung der postradiogenen Xerostomie: Pilocarpin erh{\"o}ht zwar die Speichelflussraten, hat jedoch keinen signifikanten Effekt auf die Lebensqualit{\"a}t. Die operative Translokation der Glandula submandibularis hat den Weg in die klinische Routine noch nicht gefunden, w{\"a}hrend die intensit{\"a}tsmodulierte Bestrahlung (IMRT) nicht f{\"u}r jeden Patienten geeignet ist; beide zeigen jedoch einen positiven Effekt auf die Lebensqualit{\"a}t. Gentechnische und stammzellbasierte Ans{\"a}tze zur Regeneration des Dr{\"u}sengewebes befinden sich im Experimentalstadium. Somit ergibt sich ein dringender Bedarf an innovativen Optionen zur Behandlung der postradiogenen Xerostomie. Das Tissue Engineering, die Erstellung einer k{\"u}nstlichen Speicheldr{\"u}se aus k{\"o}rpereigenen Zellen, b{\"o}te hier ein potentielles Behandlungskonzept. Diese Studie soll deshalb untersuchen, ob humane Speicheldr{\"u}senepithelzellen (hSEZ) auf einer Matrix aus dezellularisiertem, porzinem Jejunum, der sogenannten Small intestinal submucosa + mucosa (SIS-muc), kultiviert werden k{\"o}nnen. K{\"o}nnen die Zellen innerhalb der Wachstumsperiode wichtige physiologische Differenzierungsmarker beibehalten? Kann die Produktion von α-Amylase, einem der wichtigsten Enzyme des menschlichen Speichels, erhalten werden? Welchen Einfluss hat die Kokultur mit mikrovaskul{\"a}ren Endothelzellen (mvEZ)? Und zuletzt: Ist dezellularisierter Schweinedarm eine potentiell geeignete Matrix f{\"u}r das Tissue Engineering der menschlichen Speicheldr{\"u}se? Zun{\"a}chst erfolgte die Entnahme von humanem Speicheldr{\"u}sengewebe, woraus hSEZ isoliert wurden. Diese wurden dann sowohl in Mono- als auch in Kokultur mit mvEZ auf die SIS-muc aufgebracht und auf dieser kultiviert. Die SIS-muc wurde aus kurzen Schweinedarm-Segmenten gewonnen, die in einem mehrstufigen Verfahren dezellularisiert wurden. Die besiedelte SIS-muc wurde mittels konventioneller sowie Immunfluoreszenzf{\"a}rbungen, Raster- und Transmissionsektronenmikroskopie (REM/TEM) sowie quantitativer Polymerasekettenreaktion (qPCR) untersucht, dar{\"u}ber hinaus erfolgte die Messung der α-Amylase-Enzymaktivit{\"a}t. Histologisch sowie in der REM zeigte sich sowohl in der Mono- als auch in der Kokultur eine konfluente Besiedelung der SIS-muc mit hSEZ. In der Kokultur formten mvEZ einen Monolayer auf der serosalen Matrixseite. Bei der Charakterisierung der hSEZ zeigte sich in den Immunfluoreszenzaufnahmen eine starke Auspr{\"a}gung von Zytokeratin, α-Amylase und Aquaporin-5 und eine moderate Auspr{\"a}gung von Claudin-1. Bei der Untersuchung der Funktion der α-Amylase konnte in der Kokultur von hSEZ mit mvEZ eine im Gegensatz zur Mono- und 2D-Kultur signifikant erh{\"o}hte Enzymaktivit{\"a}t der α-Amylase nachgewiesen werden. In der qPCR-Analyse der α-Amylase-Genexpression war die 3D-Kultur der 2D-Kultur {\"u}berlegen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Kultur von hSEZ auf der SIS-muc m{\"o}glich ist. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Zellen in 3D-Kultur spezifische Differenzierungsmerkmale beibehalten, die in der 2D-Kultur teils verloren gehen und dass hSEZ in Kokultur mit mvEZ eine gegen{\"u}ber der Monokultur signifikant erh{\"o}hte Produktion von α-Amylase aufweisen. Diese Arbeit liefert die Datengrundlage f{\"u}r zuk{\"u}nftige Studien im dynamischen Bioreaktor-Modell (BioVaSc), die auf dem Weg zur klinischen Translation notwendig sind. Somit stellt sie einen wichtigen Schritt in Richtung einer auf Tissue Engineering basierten Therapie der belastenden Xerostomie dar.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{WeyhmuellerReboredo2014,
  author    = {Weyhm{\"u}ller Reboredo, Jenny},
  title     = {Tissue Engineering eines Meniskus - Vom Biomaterial zum Implantat},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-108477},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Der Meniskus, ein scheibenf{\"o}rmiger Faserknorpel, spielt im Kniegelenk eine bedeutende Rolle, weil er Kr{\"a}fte und Druck im Kniegelenk gleichm{\"a}ßig verteilt, St{\"o}ße d{\"a}mpft sowie der Kraft{\"u}bertragung und Stabilisierung dient. Durch die Entfernung des Gewebes, der sogenannten Totalmeniskektomie, nach einer Meniskusverletzung oder einem Riss, ver{\"a}ndern sich die mechanischen Eigenschaften des Gelenks stark und verursachen durch die erh{\"o}hte Belastung der Gelenkfl{\"a}chen Arthrose. Arthrose ist weltweit die H{\"a}ufigste aller Gelenkerkrankungen. Der Erhalt der k{\"o}rperlichen Leistungsf{\"a}higkeit und Mobilit{\"a}t bis ins hohe Alter sowie die Bewahrung der Gesundheit von Herz-Kreislauf- und Stoffwechselorganen z{\"a}hlen aufgrund des demografischen Wandels zu den großen medizinischen Herausforderungen. Die Erkrankung des muskuloskelettalen Systems stellte 2010 im Bundesgebiet die am h{\"a}ufigsten vorkommende Krankheitsart dar. W{\"a}hrend Risse in den {\"a}ußeren Teilen des Meniskus aufgrund des Anschlusses an das Blutgef{\"a}ßsystem spontan heilen k{\"o}nnen, k{\"o}nnen sie dies in tieferen Zonen nicht. Durch die begrenzte Heilungsf{\"a}higkeit des Knorpels bleibt langfristig der Einsatz eines Ersatzgewebes die einzige therapeutische Alternative. In der vorliegenden Arbeit wurde als therapeutische Alternative erfolgreich ein vaskularisiertes Meniskusersatzgewebe mit Methoden des Tissue Engineering entwickelt. Es soll in Zukunft als Implantat Verwendung finden. Tissue Engineering ist ein interdisziplin{\"a}res Forschungsfeld, in dem Gewebe außerhalb des K{\"o}rpers generiert werden. Schl{\"u}sselkomponenten sind Zellen, die aus einem Organismus isoliert werden, und Tr{\"a}gerstrukturen, die mit Zellen besiedelt werden. Die Biomaterialien geben den Zellen eine geeignete Umgebung, die die Extrazellul{\"a}re Matrix (EZM) ersetzen soll, um die Funktion der Zellen beizubehalten, eigene Matrix zu bilden. Zum Erhalt eines funktionelles Gewebes werden oftmals dynamische Kultursysteme, sogenannte Bioreaktoren, verwendet, die nat{\"u}rliche Stimuli wie beispielsweise den Blutfluss oder mechanische Kompressionskr{\"a}fte w{\"a}hrend der in vitro Reifungsphase des Gewebes, zur Verf{\"u}gung stellen. Das Gewebekonstrukt wurde auf Basis nat{\"u}rlicher Biomaterialien aufgebaut, unter Verwendung ausschließlich prim{\"a}rer Zellen, die sp{\"a}ter direkt vom Patienten gewonnen werden k{\"o}nnen und damit Abstoßungsreaktionen auszuschließen sind. Da der Meniskus teilvaskularisiert ist und die in vivo Situation des Gewebes bestm{\"o}glich nachgebaut werden sollte, wurden Konstrukte mit mehreren Zelltypen, sogenannte Ko-Kulturen aufgebaut. Neben mikrovaskul{\"a}ren Endothelzellen (mvEZ) und Meniskuszellen (MZ) erfolgten Versuche mit mesenchymalen Stammzellen (MSZ). Zur Bereitstellung einer zelltypspezifischen Matrixumgebung, diente den mvEZ ein St{\"u}ck Schweinedarm mit azellularisierten Gef{\"a}ßstrukturen (BioVaSc®) und den MZ diente eine geeig- nete Kollagenmatrix (Kollagen Typ I Hydrogel). Die Validierung und Charakterisierung des aufgebauten 3D Meniskuskonstrukts, welches in einem dynamischen Perfusions-Bioreaktorsystem kultiviert wurde, erfolgte mit knorpeltypischen Matrixmarkern wie Aggrekan, Kollagen Typ I, II und X sowie mit den Transkriptionsfaktoren RunX2 und Sox9, die in der Knorpelentstehung von großer Bedeutung sind. Zus{\"a}tzlich erfolgten Auswertungen mit endothelzellspezifischen Markern wie vWF, CD31 und VEGF, um die Vaskularisierung im Konstrukt nachzuweisen. Analysiert wurden auch die Zellvitalit{\"a}ten in den Konstrukten. Aufgrund einer nur geringen Verf{\"u}gbarkeit von MZ wurden Kulturans{\"a}tze mit alternativen Zellquellen, den MSZ, durchgef{\"u}hrt. Daf{\"u}r erfolgte zun{\"a}chst deren Isolation und Charakterisierung und die Auswahl einer geeigneten 3D Kollagenmatrix. Die beste Zellintegration der MSZ konnte auf einer eigens hergestellten elektrogesponnenen Matrix beobachtet werden. Die Matrix besteht aus zwei unterschiedlichen Kollagentypen, die auf insgesamt f{\"u}nf Schichten verteilt sind. Die Fasern besitzen weiter unterschiedliche Ausrichtungen. W{\"a}hrend die Kollagen Typ I Fasern in den {\"a}ußeren Schichten keiner Ausrichtung zugeh{\"o}ren, liegen die Kollagen Typ II Fasern in der mittleren Schicht parallel zueinander. Der native Meniskus war f{\"u}r den Aufbau einer solchen Kollagen-Tr{\"a}gerstruktur das nat{\"u}rliche Vorbild, das imitiert werden sollte. Nach der Besiedelung der Matrix mit MSZ, konnte eine Integration der Zellen bereits nach vier Tagen bis in die Mittelschicht sowie eine spontane chondrogene Differenzierung nach einer insgesamt dreiw{\"o}chigen Kultivierung gezeigt werden. Das Biomaterial stellt in Hinblick auf die Differenzierung der Zellen ohne die Zugabe von Wachstumsfaktoren eine relevante Bedeutung f{\"u}r klinische Studien dar. Zur Kultivierung des 3D Meniskuskonstrukts wurde ein Bioreaktor entwickelt. Mit diesem k{\"o}nnen neben Perfusion der Gef{\"a}ßsysteme zus{\"a}tzlich Kompressionskr{\"a}fte sowie Scherspannungen auf das Ersatzgewebe appliziert und die Differenzierung von MZ bzw. MSZ w{\"a}hrend der in vitro Kultur {\"u}ber mechanische Reize stimuliert werden. Ein anderes Anwendungsfeld f{\"u}r den neuartigen Bioreaktor ist seine Verwendung als Pr{\"u}ftestsystem f{\"u}r die Optimierung und Qualit{\"a}tssicherung von Gewebekonstrukten.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lodes2021,
  author    = {Lodes, Nina Theresa},
  title     = {Tissue Engineering f{\"u}r seltene Erkrankungen mit St{\"o}rungen des mukozili{\"a}ren Transports},
  doi       = {10.25972/OPUS-20017},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-200178},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Bei der zystischen Fibrose (CF) sowie der prim{\"a}ren Ziliendyskinesie (PCD) handelt es sich um zwei seltene Erkrankungen, die unter anderem den mukozili{\"a}ren Transport beeintr{\"a}chtigen. CF geh{\"o}rt hierbei zu den am h{\"a}ufigsten vorkommenden angeborenen Stoffwechselerkrankungen, wobei Betroffene unter einem Defekt des Cystic Fibrosis Transmembrane Conductor Regulator (CFTR)-Gens leiden, der durch die Produktion von hochviskosem Sekret in muzinproduzierenden Organen, wie dem gastrointestinalen Trakt und der Lunge, gekennzeichnet ist. Patienten, die an PCD leiden, weisen Defekte in, zum jetzigen Zeitpunkt, ca. 38 bekannten und PCD-assoziierten Genen auf, die in strukturellen Defekten des zili{\"a}ren Apparats und somit in dysfunktionalen Kinozilien resultieren. Da aktuell weder f{\"u}r die CF noch f{\"u}r die PCD eine Heilung m{\"o}glich ist, steht bei der Therapie vor allem die Linderung der Symptome im Fokus. Grundlegendes Ziel ist der langfristige Erhalt der Lungenfunktion sowie die Pr{\"a}vention bakterieller Infekte. Als bisherige Modellsysteme zur Erforschung m{\"o}glicher Therapeutika gelten Tiermodelle, die den humanen Ph{\"a}notyp aufgrund von Speziesdiversit{\"a}t nicht vollst{\"a}ndig abbilden k{\"o}nnen. Als vielversprechende Testsysteme f{\"u}r die zystische Fibrose gelten humane intestinale Organoidkulturen. Nachdem allerdings vorwiegend respiratorische Symptome f{\"u}r die Mortalit{\"a}t der Patienten verantwortlich sind, stellen CF-Atemwegsmodelle bessere Testsysteme f{\"u}r zuk{\"u}nftige Therapeutika dar. Atmungsorganoidkulturen wurden verwendet, um die CFTR-Funktionalit{\"a}t zu untersuchen, repr{\"a}sentieren aber nicht vollst{\"a}ndig die in vivo Situation. Deshalb werden zur Entwicklung neuer Therapiestrategien patientenspezifische 3D in vitro Testsysteme der humanen Atemwege ben{\"o}tigt, die insbesondere im Hinblick auf personalisierte Medizin ihren Einsatz finden. In der vorliegenden Arbeit wurde eine f{\"u}r den Lehrstuhl neue Methode zur Zellgewinnung aus nasalen Schleimhautabstrichen etabliert, die eine standardisierte Versorgung mit humanem Prim{\"a}rmaterial garantiert. Zur Generierung einer krankheitsspezifischen Zelllinie, wie beispielsweise einer PCD-Zelllinie mit Hilfe des CRISPR/Cas9-Systems, ist eine Atemwegszelllinie erforderlich, die die in vivo Situation vollst{\"a}ndig repr{\"a}sentiert. So wurden vier verschiedene respiratorische Epithelzelllinien (HBEC3-KT, Calu-3, VA10 und Cl-huAEC) auf ihren mukozili{\"a}ren Ph{\"a}notyp hin untersucht, wobei lediglich die Zelllinie HBEC3-KT in zilientragende Zellen differenzierte. Diese zeigten jedoch nur auf ca. 5 \% der Modelloberfl{\"a}che Kinozilien, wodurch die humane respiratorische Mukosa nicht komplett abgebildet werden konnte und die HBEC3-KT-Zelllinie keine geeignete Zelllinie zur Generierung einer PCD-Zelllinie darstellte. Mit Hilfe des Tissue Engineering war es m{\"o}glich, 3D in vitro Testsysteme basierend auf zwei unterschiedlichen Matrices, der biologischen SIS (small intestinal submucosa) und der synthetischen Polyethylenterephthalat (PET)-Membran, aufzubauen. Es wurden 3D Atemwegstestsysteme mit humanen prim{\"a}ren nasalen und tracheobronchialen Epithelzellen generiert. Erg{\"a}nzend zu histologischen Untersuchungen und zur Charakterisierung spezifischer Marker des respiratorischen Systems mittels Immunfluoreszenz, wurde die Ultrastruktur der Modelle, mit speziellem Fokus auf zili{\"a}re Strukturen, analysiert. Um R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die zili{\"a}re Funktionalit{\"a}t ziehen zu k{\"o}nnen und somit eine hohe in vivo Korrelation zu best{\"a}tigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit am Lehrstuhl f{\"u}r Tissue Engineering und Regenerative Medizin die Methode der Hochgeschwindigkeitsvideomikroskopie etabliert, welche die Analyse der Zilienschlagfrequenz sowie des mukozili{\"a}ren Transports erm{\"o}glicht. Ebenfalls wurde der Einfluss von isotoner Kochsalzl{\"o}sung und des � 2-adrenergen Agonisten Salbutamol, das vor allem als Bronchodilatator bei Asthmapatienten eingesetzt wird, auf die Zilienschlagfrequenz analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass beide Substanzen den Zilienschlag im Atemwegsmodell erh{\"o}hen. Zur Generierung der Testsysteme der beiden seltenen Erkrankungen CF und PCD wurden Epithelzellen der betroffenen Patienten zun{\"a}chst mittels nicht-invasiver Raman-Spektroskopie auf einen potentiellen Biomarker untersucht, welcher Einsatz in der Diagnostik der beiden Krankheiten finden k{\"o}nnte. Es konnte jedoch weder f{\"u}r die CF noch f{\"u}r die PCD ein Biomarker aufgedeckt werden. Jedoch zeigten PCD-Zellen eine geringe Auftrennung gegen{\"u}ber nicht-PCD Zellen. Anschließend wurden 3D-Atemwegstestsysteme basierend auf Patientenzellen aufgebaut. Der Ph{\"a}notyp der CF-Modelle wurde mittels immunhistologischer F{\"a}rbung und der Analyse des gest{\"o}rten mukozili{\"a}ren Transports verifiziert. Strukturelle zili{\"a}re Defekte konnten durch die ultrastrukturelle Analyse von Zilienquerschnitten in drei donorspezifischen PCD-Modellen identifiziert werden. Dar{\"u}ber hinaus konnte die zili{\"a}re Funktionalit{\"a}t mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitsvideomikroskopie nicht nachgewiesen werden. Zusammenfassend ist es in dieser Arbeit gelungen, eine neue Methode zur vollst{\"a}ndigen Charakterisierung von 3D-Atemwegstestsystemen zu etablieren, die die Analyse der Zilienschlagfrequenz sowie des mukozili{\"a}ren Transports erm{\"o}glicht. Es konnte erstmalig gezeigt werden, dass mit Hilfe des Tissue Engineering ein personalisiertes Krankheitsmodell f{\"u}r die PCD auf Segmenten eines dezellularisierten porzinen Jejunums generiert werden kann, das zuk{\"u}nftig ein Testsystem f{\"u}r potentielle Therapeutika darstellen kann.},
  subject      = {In-vitro-Kultur},
  language  = {de}
}