3D-Sphäroidmodell der Bindehaut mit hohem Durchsatz für standardisierte In-vitro-Tests

Neue alternative Untersuchungsmethoden (New Approach Methodologies, NAMs) auf Basis menschlicher Zellen werden zunehmend benötigt, um die physiologische Aussagekraft, Reproduzierbarkeit und ethische Vertretbarkeit der präklinischen Forschung zur Augenoberfläche zu verbessern.

In dieser Studie entwickelte das Forschungsteam der Augenklinik gemeinsam mit der Biofabrikation eine Methode, mit der gleichzeitig viele dreidimensionale Bindehautmodelle mit ähnlicher Größe hergestellt werden können.

Aus menschlicher Bindehaut isolierte Fibroblasten bilden zunächst den inneren Kern der Gewebekügelchen. Anschließend werden Bindehaut-Epithelzellen hinzugefügt, die den Kern als äußere Zellschicht umgeben. Gemeinsam entsteht so eine zweischichtige Struktur, die wichtige Merkmale der natürlichen Bindehaut nachbildet. Die meisten Zellen bleiben dabei lebensfähig.

Das reproduzierbare und skalierbare dreidimensionale In-vitro-Modell der Bindehaut in Form von Sphäroiden stellt somit ein humanrelevantes, gerüstfreies Testsystem dar. Die Modelle könnten Untersuchungen von Entzündungsprozessen und der Sicherheit neuer Behandlungen mit menschlichen Zellen unterstützen. Durch ihre standardisierte Herstellung lassen sich Experimente besser miteinander vergleichen, und möglicherweise kann dadurch der Einsatz von Tieren in der frühen Forschung reduziert werden.

Publikation: Zhi Liang, Muhammad Aslam, Wahaj Ul Haq, Martina Wiesler, Su Naz Mutlu, Philipp Stahlhut, Raoul Verma-Fuehring, Ingrid Zahn, Friedrich P. Paulsen, Jürgen Groll, Jost Hillenkamp, Taufiq Ahmad & Malik Salman Haider. A high-throughput 3D conjunctival spheroid model for standardized in vitro testing. Sci Rep 16, 23101 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-63887-0

Primary conjunctival fibroblast suspenesion - 1 K to 5K cells in each microwell - Fibroblast shpheroid - Fibroblast epithelial cell co-culture spheroid
Schematische Darstellung der Bildung von Bindehaut-Sphäroiden in Agarose-Formen. Erstellt mit BioRender. Scientific Reports (Sci Rep) ISSN 2045-2322 (online)
10 Bilder, die zeigen wie Agarose-Formen und Fibroblasten-Sphäroide hergestellt werden.
Herstellung von Agarose-Formen und Bildung von Fibroblasten-Sphäroiden. (A) Entwurf der 3D-gedruckten Positivform (1,2 cm Durchmesser) mit 159 Mikrosäulen, dargestellt in Schrägaufnahme, Seitenansicht und Draufsicht. (B) Herstellung der Agarose-Negativform durch Gießen einer 2-prozentigen Agarose-Lösung über die Positivform. Jede Form bestand aus 159 Mikrotitervertiefungen, und 12 Formen ergaben insgesamt 1.908 Mikrotitervertiefungen. Repräsentative Bilder zeigen die gegossene Agarose in einer Kulturplatte und die gleichmäßige Geometrie der Mikrotitervertiefungen. (C) Optische Aufnahmen, die die Bildung von Fibroblasten-Sphäroiden innerhalb des Mikrotiterplatten-Arrays zeigen (3.000 Zellen pro Mikrotitervertiefung). Sphäroide einheitlicher Größe bildeten sich bis zum ersten Tag und verdichteten sich vom ersten bis zum neunten Tag weiter. Eine vergrößerte Ansicht zeigt ein repräsentatives Sphäroid.

Schematische Darstellung der Bildung von Bindehaut-Sphäroiden in Agarose-Formen. Erstellt mit BioRender. Scientific Reports (Sci Rep) ISSN 2045-2322 (online)

Herstellung von Agarose-Formen und Bildung von Fibroblasten-Sphäroiden. (A) Entwurf der 3D-gedruckten Positivform (1,2 cm Durchmesser) mit 159 Mikrosäulen, dargestellt in Schrägaufnahme, Seitenansicht und Draufsicht. (B) Herstellung der Agarose-Negativform durch Gießen einer 2-prozentigen Agarose-Lösung über die Positivform. Jede Form bestand aus 159 Mikrotitervertiefungen, und 12 Formen ergaben insgesamt 1.908 Mikrotitervertiefungen. Repräsentative Bilder zeigen die gegossene Agarose in einer Kulturplatte und die gleichmäßige Geometrie der Mikrotitervertiefungen. (C) Optische Aufnahmen, die die Bildung von Fibroblasten-Sphäroiden innerhalb des Mikrotiterplatten-Arrays zeigen (3.000 Zellen pro Mikrotitervertiefung). Sphäroide einheitlicher Größe bildeten sich bis zum ersten Tag und verdichteten sich vom ersten bis zum neunten Tag weiter. Eine vergrößerte Ansicht zeigt ein repräsentatives Sphäroid.