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Entwicklung eines in vitro -Implantationsmodells

MIVI (Murines in vitro-Implantations)-Modell

Ziel des Projektes „MIVI Modell“ ist es, synthetische Embryonen, sogenannte Embryoide, zu etablieren, die ein physiologisches und funktionelles in vitro-Modell der Säugetierembryogenese darstellen.

Dies beinhaltet die Formation von Zellaggregaten aus drei verschiedenen Zellpopulationen, die im Blastozysten-Stadium unterschieden werden: 1) dem Epiblast – aus dem später der Fetus entsteht, 2) dem Trophektoderm – aus dem sich später die Plazenta entwickelt, sowie 3) dem primitiven Endoderm – aus dem der Dottersack entsteht. Da wichtige Schritte der embryonalen Entwicklung auch während der Einnistung in die Gebärmutterschleimhaut (Endometrium) stattfinden, wird parallel ein geeignetes endometriales Modellsystem entwickelt. Beide Komponenten sollen durch molekularbiologische und bildgebende Methoden, wie Lebendzellmikroskopie und Zweiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie, charakterisiert werden.

Mit Hilfe des MIVI-Modells schädliche Substanzen identifizieren

Die erfolgreiche Etablierung des embryonalen und des endometrialen Modells wird die Identifizierung von schädlichen Substanzen ermöglichen, welche die Embryonalentwicklung oder gar eine erfolgreiche Implantation stören. Die Embryoide können als Pre-screening Tool genutzt werden, um chemische Stoffe auf embryotoxische Eigenschaften zu prüfen, wodurch ein Teil der Studien im Tier vermieden werden könnte. Des Weiteren soll das Modell für die entwicklungsbiologische Grundlagenforschung verwendet werden, d. h. zur Identifizierung und Untersuchung von Mechanismen der Zellkommunikation und spezifischer Signalwege. Ein Großteil dieser Fragestellungen wurde bislang mit Tierversuchen untersucht. Neben der hier zu erwartenden Verringerung dieser Tierversuche eröffnet das Modell zusätzlich Einblicke in Prozesse der Implantation, die bislang in vivo gänzlich unzugänglich sind.

Das MIVI-Modell kann als eine Erweiterung des am BfR entwickelten Embryonalen Stammzell-Tests (EST) genutzt werden, um die Prüfung von chemischen Stoffen auf embryotoxische Eigenschaften zu verbessern und somit auch zu einer Reduktion von Tierversuchszahlen durch die Anwendung von Alternativmethoden beizutragen.

In Vitro-Embryoid nach drei Tagen in Kultur mit den drei verschiedenen Zellpopulationen
In Vitro-Embryoid nach drei Tagen in Kultur mit den drei verschiedenen Zellpopulationen:

Embryonale Stammzellen (blau) sowie extraembryonale Trophoblaststammzellen (rot) und XEN-Zellen (grün)

Weiterführende Literatur:

Ban, Z., Knöspel, F., & Schneider, M. R. (2020). Shedding light into the black box: Advances in in vitro systems for studying implantation. Developmental Biology, 463(1), 1–10. https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2020.04.003

Knöspel, F., Ban, Z., Schönfelder, G., & Schneider, M. R. (2019). Next milestone in understanding early life-blastoids mimic embryogenesis in vitro. Biology of Reproduction, 100(1), 11–12. https://doi.org/10.1093/biolre/ioy182

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