WO2007090575A1 - Skin model with dendritic cells - Google Patents

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WO2007090575A1
WO2007090575A1 PCT/EP2007/000914 EP2007000914W WO2007090575A1 WO 2007090575 A1 WO2007090575 A1 WO 2007090575A1 EP 2007000914 W EP2007000914 W EP 2007000914W WO 2007090575 A1 WO2007090575 A1 WO 2007090575A1
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matrix
cells
skin model
collagen
human
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PCT/EP2007/000914
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Dietmar Eschrich
Rüdiger Graf
Karsten Rüdiger MEWES
Martina Spiegel
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Phenion Gmbh & Co. Kg
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    • C12N2533/00Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/50Proteins
    • C12N2533/54Collagen; Gelatin

Definitions

  • the present invention relates to a skin model, in particular a dermis equivalent, an epidermis equivalent and a whole skin equivalent comprising a collagen matrix and dendritic cells, methods for producing the dermis, epidermis or skin equivalent and their use for testing substances, in particular with respect to a potential sensitizing Effect, preferably on the skin.
  • Skin-specific full-skin models which are also referred to as in vitro skin equivalents, can be used in dermatology in particular as a test skin to test substances, for example potential drugs or cosmetics, or agents, such as light and heat, for their pharmacological or cosmetic effects, in particular irritants. , Toxicity and inflammatory effects, and to assess their tolerability.
  • substances for example potential drugs or cosmetics, or agents, such as light and heat
  • Such a system can also be used for a variety of immunological, histological and molecular biological issues. These include, for example, studies on wound healing and the penetration and absorption of substances.
  • the investigations or tests of substances on such full-skin models offer significant advantages over animal experiments and experiments with human subjects, since the results obtained are more reproducible and the investigations can be carried out more cheaply and faster.
  • EP 0 197 090 B1 discloses a process for forming a skin equivalent wherein a hydrated collagen lattice is prepared by mixing an acidic collagen solution with contractile cells, for example fibroblasts. After neutralization of the pH, collagen fibrils are precipitated in the collagen lattice. The contractile cells attach to the collagen lattice and cause it to contract, forming a dermis equivalent.
  • contractile cells attach to the collagen lattice and cause it to contract, forming a dermis equivalent.
  • EP 0 285 474 B1 discloses a dermal equivalent comprising a dermis equivalent obtained from collagen and fibroblasts and a multilayer epidermis equivalent.
  • the dermis equivalent is inoculated with a human or animal explant such as a hair follicle to obtain the epidermis equivalent.
  • EP 0 020 753 B1 describes a process for the formation of tissue, in particular skin tissue, whereby fibroblasts are likewise introduced into a hydrated collagen lattice and a tissue forms after contraction of the collagen lattice. Onto this tissue, pre-in vitro cultured ke ratinocytes or foreskin-isolated keratinocytes may be applied to form a skin substitute.
  • EP 0 418 035 B1 discloses a tissue equivalent comprising a hydrated collagen lattice contracted by a contractile agent such as fibroblasts and a collagen gel in contact with a permeable element.
  • a contractile agent such as fibroblasts
  • a collagen gel in contact with a permeable element.
  • the mixture of collagen and contractile agent is applied to the collagen gel, wherein the radial or lateral contraction of the collagen lattice is prevented by the contact between collagen gel and permeable element, for example a polycarbonate membrane, so that the lattice contracts only with respect to its thickness.
  • permeable element for example a polycarbonate membrane
  • U.S. Patent No. 4,963,489 describes a stromal tissue prepared in vitro wherein the stromal cells, such as fibroblasts, encase a backbone made of a biocompatible material, such as cellulose.
  • the system described can be used, inter alia, for the production of a three-dimensional skin culture system in which keratinocytes and melanocytes are applied to the dermis equivalent, that is to say the three-dimensional stromal carrier matrix.
  • U.S. Patent No. 5,755,814 describes a skin model system that can be used both as an in vitro test system and for therapeutic purposes.
  • the system comprises a three-dimensional crosslinked matrix of insoluble collagen with fibroblasts contained therein and stratified layers of differentiated epidermal cells, wherein an epidermal cell layer is in direct contact with the surface of the collagen matrix.
  • the matrix can be crosslinked both by thermal treatment with dehydration and by chemical means, for example carbodiimide.
  • U.S. Patent No. 5,882,248 describes a method for determining the effect of chemicals or agents on a human skin model system according to U.S. Patent No. 5,755,814.
  • the interaction between the skin model system and the substances to be tested is determined by the release of substances by cells of the skin model system as well as the effects on metabolism, proliferation, differentiation and reorganization of these cells.
  • WO 95/10600 describes a method with which an epidermis equivalent can be obtained.
  • This epidermis equivalent can be used for pharmaceutical and / or cosmetic tanning tests.
  • International Patent Application WO 01/092477 discloses a method for differentiation and / or propagation of isolated dermal fibroblasts, wherein the fibroblasts are cultured in a three-dimensional gel-like matrix and can multiply there.
  • this matrix contains a framework of human or animal collagen constituted of a collagen solution, ie tissue-typical matrix proteins.
  • the method is to obtain an in vitro organoid skin model composed of two tissue-typical layers, namely a dermis equivalent and an epidermis equivalent.
  • the organotypical skin model should correspond to the native skin both histologically and functionally.
  • the known skin models it is disadvantageous that they usually only consist of one or more epidermal layer (s) of keratinocytes.
  • tissue explants are frequently used which harbor the risk of contamination with pathogens, which can lead to a falsification of the results when the skin equivalent is later used as a test skin.
  • the skin models described have a dermal part, this often consists of cancellous, cross-linked material which, in addition to collagen, may also contain other non-skin-specific materials.
  • the dermal part consists only of collagen and fibroblasts, it is subjected to an undefined shrinkage process, which is due to a strong shrinkage of the collagen gel and a liquid leakage therefrom.
  • the skin equivalents described in the prior art are suitable only to a limited extent as a test skin of defined size and the results obtained can be transferred only to a limited extent to native human skin.
  • Conventional Hautäqivente with a dermal part of collagen and fibroblasts are also expensive to produce, since a collagen gel is used, which is difficult to process.
  • the gel solution must be in the cold, that is best on ice, stirred and also pipetted cold, since it remains so fluid.
  • the gel solution is heated, e.g. at 37 ° in the incubator. Only under these conditions and the correct pH value does it gel. The warmer the gel solution becomes, the harder it can be processed. If the gel is overheated, there is also a risk that the collagen will denature and the gel becomes unusable.
  • the skin models known from the prior art are suboptimal in terms of their skin similarity.
  • the expression of the important dermal differentiation marker elastin is not observed in the known skin models - in contrast to natural dermis.
  • dendritic cells are the Langerhans cells. They are the essential antigen-presenting cells of the Skin and take in the epidermis antigens, migrate to the regional lymph nodes and present the penetrated through skin and mucous membranes antigens to the T lymphocytes.
  • Sensitizing substances raw materials or active substances
  • sensitizing substances are, for example, nickel, zinc and cobalt ions, chromate ions, fragrances and fragrances in perfumes, latex, preservatives (thiomersal, parabens, formalin), rosin, TNBF (2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid), DNCB (Dinitrochlorobenzene), TNCB (trinitrochlorobenzene), DNFB (2,4-dinitrodifluorobenzene), MBT (2-mercaptobenzothiazole), MCI / MI (methylchloroisothiazolinone / methylisothiazolinone), neomycin sulfate and other external antibiotics and rubbers (accelerators, antioxidants, vulcanizing agents, stabilizers) rubber production).
  • Other triggers are epoxy resins (resins, solvents and hardeners, usually only the smaller monomers and dimers, but not the polymers), drugs and plants.
  • hapten sensitizing agent
  • One way of determining the sensitizing potential of an agent is by using a murine lymph node assay ("mouse lymph node essay") to inject the test substance into the skin to stimulate the animals immune system. It is then determined whether the test substance triggers allergic reactions on repeated contact.
  • murine lymph node assay (“mouse lymph node essay")
  • the technical problem underlying the present invention is therefore to provide a dermal model which corresponds as far as possible to native human skin, a dermis equivalent, an epidermis equivalent and particularly preferably a human in vitro full skin model, and methods and means for their preparation, which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art and can be used as a test skin, for example for the investigation of pharmacological and cosmetic effects and for skin compatibility testing, in particular for testing the allergenic or sensitizing potential of active substances.
  • the problem is solved by a skin model comprising a collagen matrix and dendritic cells.
  • the present invention relates to a skin model, in particular a dermis equivalent, an epidermis equivalent and a whole skin equivalent comprising a collagen matrix and dendritic cells, methods for producing the dermis, epidermis or skin equivalent and their use for testing substances, in particular with respect to a potential sensitizing Effect, preferably the effect on the skin.
  • skin model is to be understood as meaning full-body equivalents (also called whole-skin models) and also dermis and epidermis equivalents.
  • dendritic cells are to be understood as meaning those cells and their precursors which can express or regulate either the basal or stimulatory one of the surface markers CD86 (B7.2) or CD 54 (ICAM).
  • the stimulation may preferably be effected by factors known to the person skilled in the art, in particular chemokines and / or cytokines, or by the contact of the cells with a sensitizing agent.
  • dendritic cells are understood as meaning both induced or uninduced monocytic dendritic cells or induced or uninduced dendritic cells obtained from lymphoid, myeloid, histiocytic or monocytic cell lines.
  • the dendritic cells according to the invention are selected from cells or cell lines derived from tumors of the blood-forming and / or immunological system.
  • the cells or cell lines from tumors of the blood-forming and / or immunological system are preferably used.
  • they can be used after stimulation with suitable factors, in particular with chemokines or cytokines, since they preferably express or regulate the markers CD86 and / or CD54 after stimulation, and are obtainable from cell lines.
  • the skin models that are produced with the mentioned cell lines or contain them advantageously have a particularly high stability and reproducibility of the results.
  • the skin models derived from so-called immortal cell lines provide particularly well comparable values, especially in the case of several test series.
  • the tumors are selected from myeloid or lymphoid tumors.
  • the myeloid tumors are selected from human acute myeloid leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid (eosinophilic) leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid leukemia, myelomonocytic leukemia, human chronic myeloid leukemia in blast crisis, human multiple myeloma, human acute monocytic leukemia, human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma and human monocytic leukemia.
  • the designation of the tumors published in the DSMZ "German Collection of Microorganisms and Cell Cultures" was used.
  • cell lines can be obtained which are particularly easy to cultivate.
  • the cells to be used according to the invention are selected from myeloid tumors from cells of the human cell lines KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) and THP-1 (DSMZ no. ACC 16).
  • the cells to be used according to the invention are selected from lymphoid tumors, from human plasma cell leukemia, human cell leukemia, human cell lymphoma, human B cell precursor leukemia, human B cell lymphoma, human chronic B cell leukemia, human T Cell acute lymphoblastic leukemia, human histiocytic lymphoma and human Hodgkin's lymphoma.
  • lymphoid tumors from human plasma cell leukemia, human cell leukemia, human cell lymphoma, human B cell precursor leukemia, human B cell lymphoma, human chronic B cell leukemia, human T Cell acute lymphoblastic leukemia, human histiocytic lymphoma and human Hodgkin's lymphoma.
  • the cells to be used according to the invention are selected from monocyte-derived dendritic cells (MoDC), cells from cell lines obtained from tumors selected from human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma, human monocytic leukemia, in particular the human cell lines KG ACC1 (DSMZ no. ACC 14), THP-1 (DSMZ no. ACC 16), Mono Mac 6 (DSMZ no. ACC 124) or Mono Mac 1 (DSMZ no. ACC 252) ) or MUTZ-3 (DSMZ no. ACC 295).
  • MoDC monocyte-derived dendritic cells
  • the cells to be used according to the invention are selected from monocyte-derived dendritic cells (MoDC) and in particular to the human cell lines KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) and THP-1 ( DSMZ no. ACC 16).
  • MoDC monocyte-derived dendritic cells
  • the cells suitable according to the invention are treated before, during or after co-cultivation with the skin model with suitable factors, in particular chemokines or cytokines.
  • suitable factors in particular chemokines or cytokines.
  • the appropriate factors may be added to any of the appropriate culture media.
  • Preferred cytokines are selected from GM-CSF (Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor), SCF (Star Cell Factor), IL-4 (Interleukin 4), IL-13 (Interleukin 13), TGF ⁇ (Transforming Growth Factor beta), in particular TGF ⁇ i, or TNF- ⁇ (Tumor Necrosis Factor alpha) and mixtures thereof, more preferably from IL-4 and GM-CSF and mixtures thereof.
  • GM-CSF Gramulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor
  • SCF Start Cell Factor
  • IL-4 Interleukin 4
  • IL-13 Interleukin 13
  • TGF ⁇ Transforming Growth Factor beta
  • TGF ⁇ i Tumor Necrosis Factor alpha
  • the collagen matrix is crosslinked.
  • the increased stability of the crosslinked collagen matrix (which, as described below, can be produced) in turn leads to an improved handling of the skin models and a higher reproducibility of the test results to be obtained.
  • crosslinking of the collagen matrix can be produced by crosslinking reagents, as described by way of example for the preparation process (step d), particularly preferably by glutaraldehyde.
  • the collagen matrix contains fibroblasts and / or keratinocytes.
  • the seeding of different cells can simulate different test systems of the real skin.
  • the skin model according to the invention particularly preferably contains both fibroblasts and keratinocytes, which are applied successively (in particular as described in more detail below) to the collagen matrix, which is preferably crosslinked. There, the cells are grown and, if necessary, converted to a finished skin model at the Air-Liquid interface.
  • the invention relates to a method for producing a skin model, which comprises a) recovering collagen sparingly soluble from collagen-containing tissue, b) converting the sparingly soluble collagen into a homogeneous collagen suspension by means of a mixing device, c) lyophilizing the collagen suspension and produces a first matrix A, d) subjecting the first matrix A to cross-linking and thus producing a second, mechanically stabilized matrix B, e) flocking and growing fibroblasts and / or keratinocytes (optionally one after the other) onto the second matrix B; f) further culturing the cells growing in and on the matrix B until complete formation of the skin model, before, during or after sowing the cells in step e) cocultivated dendritic cells with the skin model.
  • the substances to be tested can be applied topically to the surface of the skin models. Therefore, formulations, e.g. Ointments, creams, gels and foams, and not just water-soluble raw / actives e.g. applied on top of the epidermis and thus tested.
  • a further advantage is the fact that the substances applied to the skin model according to the invention penetrate through the stratum corneum, ie the barrier layer of the skin.
  • the penetration rate depends significantly on the physico-chemical properties of the substances, e.g. Lipophilicity, molecular size, reactivity, which also have a decisive influence on the effect of a potentially sensitizing substance in vivo.
  • a distribution pattern of the substances is formed, from which the bioavailability of the substance can be derived. This effect can not be simulated on monolayer cultures.
  • the substance to be tested can be metabolized by tissue-specific enzymes or enzyme systems during the passage through the cell layers of the skin model.
  • tissue-specific enzymes or enzyme systems during the passage through the cell layers of the skin model.
  • detection in monolayer cultures is not possible.
  • a reverse mode of action the inactivation of a sensitizing substance by metabolisation in the skin, can also be detected by the model according to the invention, in contrast to two-dimensional cell culture test systems.
  • the collagen suspension obtained in step b) can be poured and pipetted without problem at room temperature, in contrast to the collagen gels used in the prior art.
  • the skin model according to the invention can be handled well in comparison to models from the prior art, since it is particularly robust.
  • the whole skin model obtainable according to the invention adheres well to the bottom of the culture vessels, so that it is not premature Replacement of the not yet fully developed skin model comes, whereby the model would be unusable.
  • the term "culturing” means maintaining, preferably in vitro, the life functions of cells, for example fibroblasts or keratinocytes, in a suitable environment, for example by adding and removing metabolic factors and products, in particular also one Multiplication of the cells.
  • fibroblasts are understood to mean naturally occurring fibroblasts, in particular occurring in the dermis, genetically modified fibroblasts or fibroblasts resulting from spontaneous mutations or their precursors.
  • the fibroblasts may be of animal or human origin.
  • “sparingly soluble collagen” is understood to mean coarse-fiber collagen which shows no visible or only slight swelling or no or only slight gel formation, in particular no gel formation, in the aqueous medium over several hours, while sparingly soluble collagen is preferably obtained from the tendons of animals , in particular of mammals, preferably of horses, pigs or cattle, very particularly preferably from the Achilles tendons or the skin of cattle, in particular from the Achilles tendons of cattle won.
  • the conversion into a homogeneous collagen suspension can be carried out with or in any mixing apparatus suitable from a professional point of view, preferably in a static mixer or with an Ultra Turrax.
  • the collagen suspension is now placed in containers whose dimensions correspond to those of the desired matrices, z. B. in the wells of a microtiter plate.
  • the vessels Before filling the containers, z.
  • the vessels can be coated with various agents to improve the adhesion of the lyophilized collagen matrix to the vessel wall in the following.
  • Suitable agents are, for example, collagen, gelatin, polylysine, fibrin or fibrinogen / thrombin or fibronectin.
  • the inner vessel walls are wetted with solutions or suspensions of the agents, the vessels are dried, so that a layer of the agents forms on the inner vessel surface and then first fills the collagen suspension.
  • step c The lyophilization (freeze-drying) in step c) takes place in these containers. If freezing takes place at a low cooling rate, large ice crystals are obtained Effect concentration differences and segregation in the product. Slow, pronounced ice crystal growth produces particularly large ice crystals which, if a temperature gradient has been present during freezing, are oriented in the direction of the gradient. In this case, products are obtained which are crossed by a large-lumen column or chimney structure. However, in these large-scale structures, the specific surface area is reduced, so that the reconstitution behavior can be adversely affected.
  • the Applicant has found that slow cooling of the collagen suspension during the lyophilization process has beneficial effects on the nature of the matrices A and B.
  • a cooling rate of up to 50 ° C per hour, in particular 5 0 C to 40 0 C per hour, preferably from 10 0 C to 30 0 C per hour, more preferably 15 0 C to 25 0 C per hour, most preferably from 18 ° C to 23 0 C, and even more preferably from 20 0 C to 22 0 C.
  • Such preferably available lyophilisates have a pellicle on the product surface.
  • this cuticle forms pores on the surface of the lyophilized matrix which offer particularly good conditions for the subsequent colonization with fibroblasts since they promote slow migration of the fibroblasts into the matrix.
  • faster cooling rates during the lyophilization process often result in an open-pore matrix with "craters" in the surface that can not completely fill the fibroblasts with newly synthesized extracellular matrix in the given culture time. whereby the stratification and thus the differentiation of the skin model can be disturbed sensitively.
  • the crosslinking in step d) can be carried out with the aid of any physical or chemical crosslinking process which is suitable for the person skilled in the art.
  • glutaraldehyde is preferably suitable as a crosslinker for the process according to the invention.
  • the crosslinking can also be carried out by physical methods such as UV irradiation and dehydrothermal crosslinking (DHT).
  • bifunctional substances whose groups react with the amino groups of the lysine and hydroxylysine residues on different polypeptide chains of the collagen fibers are suitable as chemical crosslinking reagents. Furthermore, activation of the carboxyl groups of the free glutamine and aspartic acid residues, followed by reaction with the Amino groups of another polypeptide chain, lead to a crosslinking of the collagen fibers according to the invention.
  • a crosslinking between two collagen fibers can also be effected according to the invention by a reaction of the amino groups with diisocyanates or by the formation of acyl azides.
  • EDC 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide
  • crosslinking reactions with homobifunctional crosslinking reagents which react with amino groups, for example with p-benzoquinone, dimethyl adipimidate, dimethylpimelinidate, dimethyl suberimidate, 1,4-phenylenediisothiocyanate, polyoxyethylene bis (imidazolylcarbonyl), bis [polyoxyethylene bis (imidazolyl) carbonyl)] and suberic acid bis (N-hydroxysuccinimide ester); as well as the use of a biological crosslinking agent, in particular with enzymes, preferably transglutaminase, which can link peptide chains together, or lysyl oxidases (EC 1.4.3.13).
  • enzymes preferably transglutaminase, which can link peptide chains together, or lysyl oxidases (EC 1.4.3.13).
  • the extraction and cultivation of the fibroblasts and keratinocytes is carried out according to methods known to the experts, which can be adapted according to the desired properties of the skin model to be produced.
  • step f before, during or after the seeding of the keratinocytes in step f), in addition to the cells used according to the invention, other cell types and / or other cells of other tissue types of human as well as animal origin, eg.
  • Mammalian, and / or progenitor cells thereof can be seeded on the matrix, for example, melanocytes, macrophages, monocytes, leukocytes, plasma cells, neuronal cells, adipocytes, induced and non-induced progenitor cells of Langerhans cells, Langerhans cells, and other immune cells , Endothelial cells, cells from tumors of the skin or skin-associated cells, in particular sebocytes or sebaceous gland tissue or sebaceous glands, cells of the sweat gland or sweat gland tissue or sweat gland explants, hair follicle cells or hair follicle explants; as well as cells from tumors of other organs or from metastases.
  • melanocytes for example, melanocytes, macrophages, monocytes, leukocytes, plasma cells, neuronal cells, adipocytes, induced and non-induced progenitor cells of Langerhans cells, Langerhans cells, and other immune cells , Endo
  • the differentiated cells in particular the melanocytes, can in this case be obtained both from a natural source, preferably a mammal, in particular human or mouse, or in vitro from omni-, pluri- or multipotent precursor cells, preferably stem cells, particularly preferably those from Mammals, especially from mouse embryonic stem cells, are obtained. It can also stem different Origin, tissue-specific stem cells, embryonic and / or adult stem cells are incorporated into the skin model. With the aid of the method according to the invention, an organoid in vitro skin model is thus obtained, which is composed of two tissue-typical layers, namely a dermis equivalent and an epidermis equivalent. The organotypical skin model corresponds largely to the native skin both histologically and functionally.
  • the crosslinking of the matrix A ensures that the dermis equivalent growing on and in the matrix B is not subject to any or only a very slight shrinkage process in the course of the cultivation period.
  • skin equivalents are obtained with a defined diameter, uniform surface and a defined degree to the edge of the culture vessel.
  • the uniform size and uniformity of the whole skin model (whole skin model) used as a test surface ensures that when testing substances for pharmacological and / or cosmetic effects, the quality of the results is increased and the test results more reproducible.
  • the cross-linked matrix B intended for cultivating the fibroblasts thus contains the fibroblasts to be cultivated and a collagen scaffold newly constituted from a, preferably fresh, collagen suspension of human or animal origin with a concentration of about 5 to 50 mg collagen per ml matrix, corresponding to 0.5 % to 5% collagen. Preference is given to the range from 8 to 25, corresponding to 0.8% to 2.5% collagen, in particular from 8 to 12 mg collagen per ml matrix, corresponding to 0.8% to 1, 2% collagen.
  • the collagen scaffold is obtained from a, preferably cell-free, acidic suspension of sparingly soluble collagen, the protein concentration of the suspension preferably being 5 to 15 mg / ml, corresponding to 0.5 to 1, 5% by weight.
  • the pH of the collagen solution is 0.1 to 6.9, preferably 2.0 to 5.0, preferably 3.0 to 4.5 and especially 3.5 to 4.0.
  • the matrix B is treated with a solution containing a cell culture medium (preferably DMEM cell culture medium), buffer (for example Hepes buffer), serum (preferably fetal calf serum (FCS), normal calf serum (NCS), normal lamb serum (NLS), defined serum or serum replacement products) and preferably 1-6 x 10 5 / matrix fibroblasts, especially precultured fibroblasts.
  • a cell culture medium preferably DMEM cell culture medium
  • buffer for example Hepes buffer
  • serum preferably fetal calf serum (FCS), normal calf serum (NCS), normal lamb serum (NLS), defined serum or serum replacement products
  • FCS fetal calf serum
  • NCS normal calf serum
  • NLS normal lamb serum
  • defined serum or serum replacement products preferably 1-6 x 10 5 / matrix fibroblasts, especially precultured fibroblasts.
  • fibronectin and / or laminin preferably human fibronectin and / or laminin
  • Fibronectins are structural or adhesion proteins produced in fibroblasts, the function of which in vivo consists in binding to other macromolecules, for example collagen, and in attaching cells to neighboring cells.
  • Laminin is a protein of the basement membrane to which cells can adhere.
  • Both proteins can either be incorporated directly into the matrix during their preparation or after the crosslinking step the matrix can be added in dissolved form, for example dissolved in culture medium. This can be done before or in parallel to cell seeding.
  • Subsequent cultivation of the fibroblasts in the collagen matrix is preferably carried out in submerged culture.
  • a "submersible culture” or a “submerged culture” is understood to mean a process for cultivating cells, wherein the cells are covered with a nutrient solution.
  • the fibroblast-containing matrix B is thus preferably coated with cell culture medium and incubated in the temperature range from about 30 0 C to about 40 0 C.
  • the model may be modified by altering culturing conditions, e.g. be optimized by medium components so that it gets a better barrier function, which comes even closer to the in vivo situation. This is important z. B. for the implementation of penetration studies, but also for the production of products that improve the barrier function of the skin. In addition, there are medically relevant disorders of the barrier function, whether due to environmental factors (contact with detergents) or genetically. Skin models with optimized barrier function would be important here.
  • the improvement of the barrier function can be achieved by changing culture conditions (e.g., humidity, temperature), chemical components in the medium (ceramides, vitamin C), or genetically engineered keratinocytes.
  • the change of the barrier function can be measured by measuring the surface electrical capacitance.
  • the culture medium which are released from the keratinocytes in the case of cocultivation of fibroblasts and keratinocytes.
  • the conditioned culture supernatant i.e., the supernatant of cultured keratinocytes and / or co-cultures of keratinocytes with other cell types, such as endothelial cells, immune cells, or fibroblasts
  • the conditioned culture supernatant i.e., the supernatant of cultured keratinocytes and / or co-cultures of keratinocytes with other cell types, such as endothelial cells, immune cells, or fibroblasts
  • Cocultivation of dendritic cells according to the invention with the skin model according to the invention can be carried out in various ways: Cocultivation can preferably be carried out by sowing the dendritic cells before, during or after step e) of the production process for the skin models (preferably whole or full skin model, dermis equivalent, epidermis equivalent).
  • the cells are sown together with the keratinocytes in step e.
  • the isolation, culture and differentiation of the dendritic cells then take place in parallel with the growth of the keratinocytes.
  • the mixture of both cell types preferably takes place in a ratio of 10: 1 to 1: 1 (keratinocytes to dendritic cells.
  • the cell mixture can now be carried out together in keratinocyte medium on the second matrix, which in the case of the whole-skin model was preferably pre-cultured with fibroblasts. Thereafter, the submerged cultivation is preferably continued, more preferably for 2-7 days. Thereafter, the model is preferably transferred to the air-liquid interface for further differentiation of the epidermis. The further cultivation can be 7-21 days.
  • the dendritic cells in the skin occur predominantly in the epidermis. Therefore, it is advantageous to secrete the cells after (or simultaneously with) the seeding of the keratinocytes into the skin model, in particular the epidermis equivalent or the whole skin model.
  • the sowing of the dendritic cells into the skin model takes place after the seeding of the keratinocytes in keratinocyte medium onto the second matrix (B). Cultivation of the keratinocytes may then continue to be submerged.
  • the dendritic cells may take place both during the submerged culture phase, which may preferably be 3 to 7 days, and after the transfer into the air-liquid interface.
  • the cells are sown onto the second matrix (B). It is very particularly preferred if the sowing of the cells to be used according to the invention are seeded onto the model after 1 to 3 days after transfer of the model into the air-liquid interface.
  • Another way to co-cultivate the skin model and the dendritic cells is to prepare the skin model according to steps a to f and cultivate further on the air-liquid interface.
  • This finished skin model can now be contacted with a culture of dendritic cells via a suitable medium.
  • the dendritic cells can also be present in a gel instead of in a normal cell culture.
  • collagen, agarose or fibrin gels are used, more preferably
  • the cells are stirred into a not yet or not completely gelled gel solution.
  • the gel is poured into a mold and allowed to gel.
  • collagen gels gel by heating to about 37 ° C (e.g., in the incubator).
  • the gel containing the cells is preferably poured or placed in a co-culture insert on a membrane, which is preferably porous and / or made of polymeric material.
  • the skin model can now be placed directly on the gel.
  • the Kokulturinsert is used in a culture vessel with culture medium.
  • the cells in the gel have no direct contact with the cells in the skin model, but can exchange messengers and other substances.
  • the dendritic cells can be harvested easier in this method after completion of the experiment and processed for further analysis.
  • the skin model thus obtained may be used for screening and diagnostic procedures, in particular for investigating the effects of chemical substances, plant extracts and metals, for example, potential drugs or components of cosmetics, or other agents (physical quantities), such as light or heat, radioactivity, sound, Electromagnetic radiation, electric fields and also for the investigation of phototoxicity, ie the damaging effect of light of different wavelengths, on cell structures.
  • the dermis equivalent prepared according to the invention can also be used to investigate wound healing. It is also suitable for investigating the effect of gases, aerosols, smoke, dusts on cell structures or metabolism or gene expression.
  • the term "agent” or “agents” is understood to mean, in particular, physical agents acting on the skin or skin cells, such as light, heat, or the like.
  • the invention therefore also relates to screening and diagnostic methods using the skin models produced according to the invention.
  • a preferred embodiment of the invention comprises the treatment of the skin models in the presence and absence of the substance to be investigated and / or the agent to be examined and the comparison of the observed effects on the cells or cell components of the dermis equivalent.
  • a further preferred embodiment of the invention comprises a method for investigating the penetration of substances using the skin models produced according to the invention, in particular and using a whole skin model according to the invention which consists of a dermis equivalent and an epidermis equivalent.
  • the skin model according to the invention preferably the whole skin model according to the invention, is suitable for the investigation of such substances for which there is a suspicion of a sensitizing or allergy-inducing effect.
  • the method according to the invention is used to produce a dermis equivalent.
  • the fibroblasts are cultivated in matrix B in such a way that a dermis equivalent is subsequently obtained. This is preferably done by a process for the preparation of a dermis equivalent, which is characterized in that
  • a. collagen that is difficult to dissolve from collagen-containing tissue b. the sparingly soluble collagen is transferred by means of a mixing device into a homogeneous collagen suspension, c. the collagen suspension is lyophilized to produce a first matrix A, i. subjecting the first matrix A to cross-linking and thus creating a second, mechanically stabilized matrix B, e.
  • the fibroblasts are seeded on the second matrix B and allowed to grow, and finally f. the fibroblasts growing in and on matrix B are further cultured until complete development of the dermis equivalent, before, during or after the seeding of the cells in step e. cocultivated dendritic cells with the dermis equivalent.
  • a "dermis equivalent” is understood to mean a connective tissue-like layer of collagen and fibroblasts that largely corresponds to the native dermis.
  • Particularly suitable for the production of a whole skin model is to use a method in which a) from collagen-containing tissue sparingly soluble collagen, b) converting the sparingly soluble collagen into a homogeneous collagen suspension by means of a mixing device, c) lyophilizing the collagen suspension and thus producing a first matrix A, d) subjecting the first matrix A to cross-linking and thus producing a second, mechanically stabilized matrix B, e) F) festoon and grow fibroblasts onto the second matrix B, f) nucleate and grow keratinocytes on the second matrix B, and finally g) further cultivate the cells growing in and on the matrix B until complete formation of the dermal and epidermal part of the whole skin model in which cocultivation with the skin model before, during or after seeding of the cells in step e or step f dendritic cells.
  • step f It is particularly preferred to carry out the sowing of the dendritic cells before, during or after the sowing of the keratinocytes in step f.
  • a particularly preferred embodiment of the invention also relates to an aforementioned method of culturing dermal fibroblasts and epidermal keratinocytes in a matrix to produce a dermis equivalent and epidermis equivalent equivalent whole skin equivalent.
  • one to three weeks, preferably 10 to 14 days, after the preparation and incubation of the fibroblast-containing collagen matrix keratinocytes are seeded on the matrix.
  • keratinocytes are understood to mean cells of the epidermis which form keratinized squamous epithelium, genetically modified keratinocytes or spontaneous mutant keratinocytes or their precursors which may be of animal or human origin If keratinocytes depend strongly on the proportion of basal stem cells in the keratinocytes used, the keratinocytes seeded on the matrix according to the method according to the invention may be largely undifferentiated keratinocyte stem cells from human biopsy tissue, but it is also possible to use cell lines or use certain differentiated cells Alternatively to normal skin keratinocytes, mucosal keratinocytes or intestinal epithelial cells may also be applied to the matrix:
  • these are pre-cultured cells, particularly preferably keratinocytes in the first or in the second cell passage, but it is also possible to use cells from higher passages.
  • the seeding of the keratinocytes onto the matrix is preferably carried out in a cell culture medium, more preferably in DMEM / F12 medium, the approximately 1 to 30% fetal calf serum, NCS, containing defined serum or serum replacement products and various additives in varying concentrations that promote cell proliferation and differentiation.
  • the matrix is preferably supplemented with DMEM medium containing in particular EGF from the mouse or comparable preparations from other animals, epidermal growth factor (hEGF) (eg in a concentration of 0.2 ⁇ g / l medium), and for example 0 , 8 mM CaCl 2 , and subjected to preferably 1 to 10 days, preferably 3 to 7 days Submers cultivation.
  • DMEM medium containing in particular EGF from the mouse or comparable preparations from other animals
  • epidermal growth factor (hEGF) eg in a concentration of 0.2 ⁇ g / l medium
  • 0 , 8 mM CaCl 2 epidermal growth factor
  • an "airlift culture” is understood to mean a culture in which the level of the nutrient medium level is precisely matched to the height of the matrix, while the keratinocytes or cell layers formed by the keratinocytes are above the nutrient medium level and are not covered by the nutrient medium Cultivation takes place at the boundary layer air-nutrient medium, whereby the supply of the cultures takes place from below, for example the skin models are lifted out of a microtiter plate and placed on filter papers resting on metal spacers in culture vessels Medium is filled in the culture vessels so high that it does not completely cover the filter paper, but there is a liquid collar around the base of the skin models (air-liquid interface)
  • the period of the airlift culture can be varied as desired by one skilled in the art It is typically about 1 to 4 weeks. During this period, a
  • the method according to the invention for the production of an in-vitro whole skin model can advantageously be modified such that before, during or after the seeding of keratinocytes further cell types, such as melanocytes, macrophages, monocytes, leukocytes, plasma cells, neuronal cells, adipocytes, induced and uninduced precursor cells Langerhans cells, Langerhans cells other immune cells, endothelial cells and cells from tumors of the skin or skin-associated cells can be seeded on the matrix and further cultured.
  • the cells mentioned can be of both human and animal origin.
  • the invention therefore also relates to a skin-specific in vitro full skin model (whole skin model), in particular a human in vitro full skin model, which was produced by the method according to the invention and an optionally subsequent and / or preceding cultivation method of conventional type and which in the epidermal portion at least one proliferative cell layer , some differentiating cell layers and at least one keratinized cell layer, wherein the epidermal equivalent comprises stratum basale, stratum spinosum, stratum granulosum and stratum corneum and wherein between the dermis equivalent and the epidermis equivalent a basement membrane consisting of the characteristic BM proteins such as laminin and collagen IV is included and moreover skin typical Proteins such as transglutaminase, involucrin, collagen IV, laminin, filaggrin, fibronectin, Ki-67, cytokeratin 10 and especially elastin can be expressed.
  • BM proteins such as laminin and collagen IV
  • the stress marker cytokeratin 6 is expressed only to a small extent, which indicates that the cells in the in vitro full-skin model according to the invention are in a relatively low-stress state. Strong CK6 expression is found in the skin, e.g. during wound healing or regeneration.
  • the proliferative behavior as well as the differentiation of the dermal and epidermal cells can be modified by the application of electrical or electromagnetic fields to the dermis model or full skin model during the cultivation phase.
  • the skin equivalent produced according to the invention is suitable for product testing, for example with regard to efficacy, undesired side effects, for example irritation, toxicity and inflammation effects or allergenic effects, or compatibility of substances.
  • These may be substances which are to find potential use as medicaments, in particular as dermatics, or substances which are part of cosmetics, or also consumer goods which come into contact with the skin, such as e.g. Detergent etc.
  • the skin equivalent produced according to the invention can also be used, for example, for studies on the absorption, transport and / or penetration of substances. In addition, it is also suitable for the examination of other agents (physical quantities), such as light or heat, radioactivity, sound, electromagnetic radiation, electric fields, for example for the investigation of phototoxicity, ie the damaging effect of light of different wavelengths, on cell structures.
  • the skin equivalent produced according to the invention can also be used to investigate wound healing. It is also suitable for investigating the effect of gases, aerosols, smoke, dusts on cell structures or metabolism or gene expression.
  • the effects of substances or agents on human skin can be determined, for example, by the release of substances, for example cytokines or mediators, by cells of the human or animal skin model system, as well as the effects on gene expression, metabolism, proliferation, differentiation and reorganization of these cells.
  • substances for example cytokines or mediators
  • cytotoxic effects on skin cells for example, can be detected.
  • the tests of substances or Agents on the human dermal equivalent according to the invention may comprise both histological methods and immunological and / or molecular biological methods.
  • a preferred embodiment of the invention therefore comprises methods for investigating the effect, in particular the pharmacological effects, of substances or agents on human skin using the human skin model produced according to the invention, in particular a whole-skin model.
  • an XTT-tetrazolium reduction test (EZ4U test) or Alamar Blue (resazurin reduction test, Fa. Promega) is carried out.
  • EZ4U is a non-toxic water soluble yellow tetrazolium salt that can be reduced from living cells to intensely colored formazans. The reduction requires intact mitochondria and the test can therefore be used to demonstrate the vitality of cells.
  • Vitality assays which can be used according to the invention and which also rest on the basis of tetrazolium compounds are, for example, As the MTT, MTS or the WST-1 test. These are used as test kits u. a. offered by the company Roche.
  • the detection of the vitality of the cells can also be carried out via the release of lactate dehydrogenase (LDH) from cells with damaged cell membrane. With trypan blue cells with damaged cell membrane can be selectively stained.
  • LDH lactate dehydrogenase
  • a further preferred embodiment of the invention comprises a method for investigating the penetration of substances, wherein both a dermis equivalent produced according to the invention and a skin equivalent produced according to the invention are treated with the substances to be investigated and the results obtained in both systems are compared with one another.
  • the effects of chemical substances or other agents on specific skin types are examined.
  • cells of defined skin types for example skin types with few pigments and / or skin types with many pigments, are used to establish skin equivalents according to the invention and these are tested with regard to the effect of substances or agents.
  • the skin equivalent produced according to the invention is used as a model system for studies of skin diseases and for the development of new treatment options for skin conditions.
  • cells from patients with a particular genetic or acquired skin disease can be used to establish patient-specific skin model systems and to examine and evaluate the efficacy of particular therapies and / or drugs.
  • the skin equivalent produced according to the invention can be colonized with microorganisms, in particular pathogenic microorganisms.
  • microorganisms are to be understood as meaning, in particular, fungi, bacteria and viruses.
  • the microorganisms are preferably selected from fungi or pathogenic and / or parasitic bacteria.
  • Particularly preferred fungi are the species of the genus Candida, Malassezia and Trichophyton, more preferably Candida albicans, Trichophyton mentagrophytes and Malassezia furfur.
  • pathogenic and / or parasitic bacteria Staphylococcus aureus are particularly preferred.
  • the method of the invention is used to produce an epidermis equivalent. This can be achieved by a) recovering collagen which is sparingly soluble from collagen-containing tissue, b) converting the sparingly soluble collagen into a homogeneous collagen suspension by means of a mixing device, c) lyophilizing the collagen suspension and thus producing a first matrix A, d) the first matrix A.
  • step e dendritic cells are cocultivated with the epidermis equivalent.
  • keratinocytes are seeded onto the matrix, which acts as a framework or support for the epidermis model, and cultured under such conditions that the keratinocytes first proliferate and then differentiate in that an epidermis consisting of all 4 layers is formed.
  • the matrix is preferably pretreated with extracellular matrix or basement membrane proteins to provide better adhesion of the keratinocytes to the matrix material and to provide the cells with the signals mediated by these proteins.
  • proteins suitable according to the invention are collagen IV or collagens of other types, fibronectin and laminin.
  • the epidermis model thus formed is another object of the present invention and like the full-skin model can also be used for versatile tests.
  • Preferred cell culture media are DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), RPMI 1640, M199 and Ham's F12 medium. However, any other cell culture medium that facilitates the cultivation of fibroblasts can also be used.
  • the serum used is preferably fetal calf serum (FCS), but also NCS and serum replacement products, and as buffer, for example, Hepes buffer.
  • FCS fetal calf serum
  • the pH of the solution of cell culture medium, buffer and serum in a preferred embodiment is 6.0 to 8.0, for example 6.5 to 7.5, in particular 7.0
  • the medium may contain other factors, for example hormones, growth factors, adhesives, antibiotics, selection agents, enzymes and enzyme inhibitors and the like.
  • factors may be added to the culture medium which are released from the fibroblasts in the event of cocultivation of fibroblasts and keratinocytes.
  • the conditioned culture supernatant i.e., the supernatant of cultured fibroblasts and / or cocultures of fibroblasts with other cell types, such as endothelial cells, immune cells, or keratinocytes
  • the conditioned culture supernatant i.e., the supernatant of cultured fibroblasts and / or cocultures of fibroblasts with other cell types, such as endothelial cells, immune cells, or keratinocytes
  • the skin model can be used by topically applying in particular substances to be tested to the surface of the HM.
  • the expression of surface markers in the dendritic cells can be used to evaluate the sensitizing or allergenic properties of the applied substances.
  • the cells are preferably removed from the skin model.
  • the epidermis of full-skin models and epidermis equivalents are preferably incubated with thermolysin until the epidermis separates from the dermis or matrix. Subsequently, the epidermis is dissociated by treatment with enzymes, preferably proteolytic enzymes, e.g. Trypsin until the tissue disintegrates into individual cells.
  • enzymes preferably proteolytic enzymes, e.g. Trypsin until the tissue disintegrates into individual cells.
  • the dermis equivalent or the dermis of the full-skin model it is preferred to dissolve the dermis by means of proteolytic enzymes, preferably with collagenases, which can be obtained from a wide variety of sources. After that, the cells can be easily isolated. The cells thus obtained can be detected and assayed by methods known to those skilled in the art.
  • proteolytic enzymes preferably with collagenases
  • they may be specifically labeled and analyzed in a cell sorter, e.g. with the FACS method (fluorescence-activated cell sorting).
  • a cell sorter e.g. with the FACS method (fluorescence-activated cell sorting).
  • gene expression analyzes can also be carried out with the cells by PCR methods known to the person skilled in the art (for example also reverse transcriptase PCR (RT-PCR) or real-time RT-PCR).
  • PCR methods known to the person skilled in the art (for example also reverse transcriptase PCR (RT-PCR) or real-time RT-PCR).
  • the cells can also be examined in the intact skin model.
  • the presence of the cells or their differentiation state can be detected, for example, by immunohistochemical methods, microscopic, in particular electron or light microscopic methods, or by in situ or fluorescence in situ hybridization methods.
  • end points of dendritic cells can be investigated which occur after activation by contact with sensitizing substances or regulate their expression, in particular strongly regulated.
  • CD86 B7.2
  • CD83 HB15
  • CD54 IAM-1
  • DC-SIGN molecules of MHC classes 1 and / or 2, HLA -DR
  • IL-1 beta and IL-8 gene expression CD86 (B7.2), CD83 (HB15), CD54 (ICAM-1), DC-SIGN, molecules of MHC classes 1 and / or 2, HLA -DR; IL-1 beta and IL-8 gene expression
  • Soluble substances for example chemo- or cytokines, in particular interleukins, which are secreted by contact with sensitizing substances can moreover also be detected in the surrounding culture medium by methods known to the person skilled in the art, for example suitable are ELISA, RIA (radioactive immunoassay) or EIA (enzyme immunoassay), HPLC, FPLC, GC-MS or MALDI-TOF.
  • a further subject of the present invention is a method for detaching the epidermis from a skin model, preferably an epidermis equivalent, particularly preferably a whole skin model, characterized in that the epidermis of the skin model is treated with proteolytic enzymes, preferably thermolysin.
  • proteolytic enzymes preferably thermolysin.
  • the suspension is kept at room temperature. This gives a milky-turbid collagen suspension.
  • the suspension is pipetted into the wells of a 24-well cell culture plate.
  • the filled plate is then picked in the hand, tilted slightly and turned to all sides so that the gel solution wets the wall of the wells also above the matrix surface. This procedure improves the adhesion of the matrices in the wells.
  • the thus treated filled plates are placed directly in the lyophilizer and frozen in the device.
  • the collagen suspension filled in the cell culture plates with 24 wells is frozen in a lyophilizer with temperature-adjustable shelves and then dried under reduced pressure.
  • the freezing rate is 18 0 C to 23 ° C per hour.
  • the entire freeze-drying process takes about 20-27 hours.
  • Collagen matrices chemically fixed before sowing the fibroblasts.
  • Glutaraldehyde solution is carefully added to each matrix of 24 matrices A in a 24-well cell culture plate with a pipette. The solution is slowly run down the inner edge of the well so as not to damage the matrix surface. The glutaraldehyde solution takes several minutes to penetrate the interior of the collagen sponges. The increasing saturation manifests itself in a color change of the matrices from pure white to gray to pale yellow. Then the lid is placed on the cell culture plates and the edge sealed airtight with Parafilm to avoid evaporation of the solution. The treated plates are stored protected from light at room temperature for 24 hours.
  • Cross-linking of the matrices may be carried out for a period of preferably 5 days but at least 4 days.
  • Monocytic dendritic cells are obtained by culturing PBMCs (peripheral blood mononuclear cells).
  • the starting material for the isolation of monocytes is a lymphocyte concentrate (buffy coat), which is obtained after centrifuging off whole blood.
  • the monocyte cells of the peripheral blood can be isolated from the lymphocyte concentrate by means of density gradient centrifugation or CCE (countercurrent centrifugal elutriation).
  • the isolated monocytes are cultured in RPM1 1640 with 25 mM HEPES (composition: see table) at 37 ° C in a CO 2 incubator.
  • the differentiation to immature monocytic dendritic cells is carried out by adding recombinant human GM-CSF and recombinant human IL-4 to the culture medium. Culture duration 2-7 days.
  • the surface marker CD86 (B7.2) can be detected by means of a specific antibody via flow cytometry (fluorescence activated cell sorting, FACS analysis).
  • flow cytometry fluorescence activated cell sorting, FACS analysis.
  • fibroblasts of a suitable passage Prior to seeding on the cross-linked collagen matrices, fibroblasts of a suitable passage are pre-cultured in cell culture flasks with fibroblast medium. After reaching the desired cell density, the culture medium is aspirated. The cells are detached from the bottom of the vessel by adding a trypsin solution to the culture flasks, washed with culture medium and centrifuged off. After determining the number of cells, the cell suspension is adjusted to a concentration of 1-6x10 5 fibroblasts / ml.
  • the medium is aspirated so far that the matrices remain moist.
  • 1 ml of fibroblast medium containing 1-6 ⁇ 10 5 fibroblasts, is pipetted onto the surface of the matrices without injuring the surface.
  • the plate lid is placed and the plate placed horizontally in the incubator.
  • the cultivation of the fibroblasts on the matrix takes place at 37 ° and 5% v / v CO 2 .
  • the culture medium is changed at regular intervals. After 2-4 weeks the dermis model is completely developed.
  • fibroblasts of a suitable passage Prior to seeding on the cross-linked collagen matrices, fibroblasts of a suitable passage are pre-cultured in cell culture flasks with fibroblast medium. After reaching the desired cell density, the culture medium is aspirated. The cells are detached from the bottom of the vessel by adding a trypsin solution (or another solution suitable for detaching adherent cells) into the culture flasks, washed with fibroblast medium and centrifuged off. After determining the number of cells, the cell suspension is adjusted to a concentration of 1-6x10 5 fibroblasts / ml.
  • the medium is aspirated so far that the surface of the matrices remains moist.
  • 1 ml of fibroblast medium containing 1-6 ⁇ 10 5 fibroblasts, is pipetted onto the surface of the matrices without injuring the surface.
  • the plate lid is placed and the plate placed horizontally in the incubator.
  • the cultivation of the fibroblasts on the matrix takes place at 37 ° and 5% CO 2 .
  • the culture medium is changed at regular intervals.
  • the keratinocytes are seeded on the dermis model.
  • the medium is aspirated so far that the surface of dermis equivalents remains moist.
  • 1 ml of keratinocyte medium containing 1-6 ⁇ 10 5 keratinocytes is pipetted onto the surface of the dermis models without injuring the surface.
  • the plate lid is placed and the plate placed horizontally in the incubator (Submerskultur).
  • the cultivation of the fibroblasts and keratinocytes on the matrix takes place for 3-7 days at 37 ° and 5% CO 2 .
  • the culture medium is changed at regular intervals.
  • the keratinocyte medium is aspirated from the wells.
  • the unfinished skin models are taken out of the wells and placed on filter papers.
  • the filter papers lie on metal spacers in each case in a culture vessel.
  • the culture vessel is filled with culture medium (airlift medium, air-liquid interface medium, ALI medium) so far that the medium reaches the upper edge of the filter paper and around the base the skin models distributed.
  • the surface of the skin models is not covered by culture medium (airlift culture or air-liquid interface).
  • the skin models are left in the Air-Liquid-Interface for 1-4 weeks.
  • the culture medium is changed at regular intervals.
  • the THP-1 cell suspension is centrifuged, the pellet subsequently resuspended in keratinocyte medium.
  • the cell count is determined in a Neubauer counting chamber after incubation of the cells with T ⁇ ypanBlue.
  • the THP1 cells are mixed in a ratio of 1: 2 to 1:10 with the keratinocytes. With a seeding of 4 * 10 5 keratinocytes per skin model, this corresponds to a THP1 cell count of 40,000 - 400,000 per skin model.
  • the skin models are then cultured submerged in keratinocyte medium for 2-7 days. Thereafter, they are transferred to the ALI phase (air-liquid interface phase) and cultivated in ALI medium for 7-21 days. b) sowing during the ALI phase
  • the keratinocytes (4 * 10 5 cells per skin model) are cultured at first 2-7 days in submerged keratinocyte medium and subsequently transferred to the ALI phase. After 2 days (1-5 days), the THP-1 cells are seeded to the keratinocytes in a ratio of 1: 2 to 1:10. Further cultivation takes place in ALI medium for 7-21 days.
  • a full skin model according to Example 6 is produced.
  • the full-skin model is cultured on the air-liquid interface as described above on a co-culture insert on a pore-penetrated polymer membrane and contacted with the underlying medium.
  • suitable cell nutrient medium in particular according to Tables 3 or 4
  • a culture of THP-1 cells which are in contact with the skin model via the medium is located in the culture vessel (in particular on the bottom of the culture vessel).
  • the cells of the cell lines THP-1, KG-1 and U937 can be introduced into the skin model both in the naive as well as in the activated state.
  • the appropriate medium for cultivation in culture bottles (without or with cytokines, for example, Tables 3 to 7) is selected.
  • KG-1 cell suspension is centrifuged, the pellet subsequently resuspended in keratinocyte medium.
  • the cell count is determined in a Neubauer counting chamber after incubation of the cells with TrypanBlue.
  • the KG-1 cells are mixed in a ratio of 1: 2 to 1:10 with the keratinocytes. With a seeding of 4 * 10 5 keratinocytes per epidermis model, this corresponds to a KG-1 cell count of 40,000 - 400,000 per epidermis model.
  • the epidermis models are then cultured submerged in keratinocyte medium for 2-7 days. They are then transferred to the ALI phase (air-liquid interface phase) and cultivated in ALI medium for 7-21 days.
  • the keratinocytes (4 * 10 5 cells per epidermis model) are first cultured submerged in keratinocyte medium for 2-7 days and then transferred to the ALI phase. After 2 days (1-5 days), the KG-1 cells are seeded in a ratio of 1: 2 to 1:10 to the keratinocytes. Further cultivation takes place in ALI medium for 7-21 days.
  • An epidermis model according to Example 6 is produced.
  • the epidermis model is contacted with the underlying medium at the air-liquid interface as described above in a co-culture insert on a porous polymeric membrane.
  • the culture vessel in particular on the bottom of the culture vessel
  • suitable cell nutrient medium in particular according to Tables 5 and 6 or the cell medium according to Tables 3, 4, 7 or 8 suitable for the respective cells
  • the substances can now be applied, which are to be tested for a sensitizing effect.
  • the substances By penetrating through the epidermis model, the substances may be modified analogously to the natural process, before they have a detectable response in the epidermis model and in the culture of the dendritic cells.
  • the MoDC, THP-1 and U937 cells are also sown on the epidermis models.
  • the culture phase of the individual cell lines is carried out using the medium which is particularly suitable for this purpose (compare Tables 3, 4, 7 and 8, respectively).
  • the cells of the cell lines THP-1, KG-1 and U937 can be introduced into the epidermis model both in the naive as well as in the activated state.
  • the appropriate medium for cultivation in culture bottles (without or with cytokines, for example, Tables 3 to 7) is selected.
  • Example 9 the appropriate medium for cultivation in culture bottles (without or with cytokines, for example, Tables 3 to 7) is selected.
  • the 11937 cell suspension is centrifuged, the pellet subsequently resuspended in fibroblast medium.
  • the cell count is determined in a Neubauer counting chamber after incubation of the cells with TrypanBlue.
  • the U937 cells are mixed in the ratio 1: 2 to 1:10 with the fibroblasts. With 4 * 10 5 fibroblasts seeding per dermal model, this corresponds to a U937 cell count of 40,000 - 400,000 per dermal model.
  • the dermis models are then cultured submerged in fibroblast medium for 7-28 days.
  • the fibroblasts (4 * 10 5 cells per dermis model) are first cultured submerged in fibroblast medium for 2-7 days. After 2-7 days, the U937 cells are seeded to the fibroblasts in a ratio of 1: 2 to 1:10. Further cultivation takes place for 7-21 days fibroblast medium.
  • a dermis model according to Example 6 is produced.
  • the dermis model is cultured in a co-culture porous polymer membrane insert and contacted with the underlying medium.
  • suitable cell nutrient medium in particular according to Table 8 or the cell medium according to Tables 3 to 7 which is suitable for the respective cells
  • a culture of U937 cells which are in contact with the medium via the medium is located in the multi-well shell (in particular on the bottom of the multi-well shell) Dermis model stand.
  • the MoDC 1 THP-1 and KG-1 cells are also sown on the dermis models.
  • the culture phase of the individual cell lines is carried out using the medium which is particularly suitable for this purpose (see Tables 3 to 6, 8).
  • the cells of the cell lines THP-1, KG-1 and U937 can be introduced into the dermis model both in the naive as well as in the activated state.
  • the appropriate medium for cultivation in culture bottles (without or with cytokines, for example, Tables 3 to 7) is selected.
  • the composition of the different culture media can be found in the following tables:
  • Ready-differentiated full-skin models with dendritic cells according to Example 7 are taken directly from the air-liquid interface, frozen in the cryostat and cut (slice thickness 7-9 microns).
  • the sections are fixed for 10 minutes in -20 C cold acetone and 0 connect with TBS (TRIS-buffered saline) washed several times.
  • the anti-elastin antibody (rabbit, Novotec) is diluted 1:40 with TBS, dropped onto the sections and left for 60 minutes. The sections are then washed three times for 5 minutes each in TBS.
  • a goat anti-rabbit antibody with Alexa conjugate (Molecular Probes) is used in a 1:20 dilution.
  • the dilution of the secondary antibody is made in a 0.1% Evans Blue solution.
  • the secondary antibody is dropped on the sections and left on for 60 minutes. Thereafter, the sections are washed three times for 5 minutes each with TBS. Finally, the antibody-labeled sections are capped in DAKO Faramount embedding medium. As a negative control, sections are incubated without the first antibody.

Abstract

The present invention relates to a skin model, in particular a dermis equivalent, an epidermis equivalent and a whole-skin equivalent, comprising a collagen matrix and also dendritic cells, processes for producing the dermis, epidermis and skin equivalents, and also use thereof for testing substances, in particular with respect to a potentially sensitizing activity, preferably on the skin.

Description

„Hautmodell mit dendritischen Zellen" "Skin Model with Dendritic Cells"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hautmodell, insbesondere ein Dermisäquivalent, ein Epidermisäquivalent und ein Ganzhautäquivalent umfassend eine Kollagenmatrix sowie dendritische Zellen, Verfahren zur Herstellung des Dermis-, Epidermis- bzw. Hautäquivalentes sowie deren Verwendung zur Testung von Substanzen, insbesondere in Bezug auf eine potentiell sensibilisierende Wirkung, bevorzugt auf die Haut.The present invention relates to a skin model, in particular a dermis equivalent, an epidermis equivalent and a whole skin equivalent comprising a collagen matrix and dendritic cells, methods for producing the dermis, epidermis or skin equivalent and their use for testing substances, in particular with respect to a potential sensitizing Effect, preferably on the skin.
Hauttypische Vollhautmodelle, die auch als in vitro-Hautäquivalente bezeichnet werden, können insbesondere in der Dermatologie als Testhaut verwendet werden, um Substanzen, beispielsweise potentielle Arzneimittel oder Kosmetika, oder Agenzien, wie Licht und Wärme, auf ihre pharmakologischen oder kosmetischen Wirkungen, insbesondere Reiz-, Toxizitäts- und Entzündungswirkungen, und auf ihre Verträglichkeit zu untersuchen. Ein solches System kann darüber hinaus für vielfältige immunologische, histologische und molekularbiologische Fragestellungen eingesetzt werden. Dazu zählen zum Beispiel Studien zur Wundheilung und zur Penetration und Resorption von Substanzen. Die Untersuchungen beziehungsweise Tests von Substanzen an solchen Vollhautmodellen bieten gegenüber Tierversuchen und Versuchen mit menschlichen Probanden wesentliche Vorteile, da die damit erzielten Ergebnisse reproduzierbarer sind und die Untersuchungen kostengünstiger und schneller durchgeführt werden können.Skin-specific full-skin models, which are also referred to as in vitro skin equivalents, can be used in dermatology in particular as a test skin to test substances, for example potential drugs or cosmetics, or agents, such as light and heat, for their pharmacological or cosmetic effects, in particular irritants. , Toxicity and inflammatory effects, and to assess their tolerability. Such a system can also be used for a variety of immunological, histological and molecular biological issues. These include, for example, studies on wound healing and the penetration and absorption of substances. The investigations or tests of substances on such full-skin models offer significant advantages over animal experiments and experiments with human subjects, since the results obtained are more reproducible and the investigations can be carried out more cheaply and faster.
Zur Prüfung von Rohstoffen und Produkten sind in den letzten Jahren zumeist humane Zellkulturen als in vitro-Systeme verwendet worden. Eine Weiterentwicklung der Zellkulturtechnik stellen organähnliche humane Gewebe oder bioartifizielle Konstrukte und Cokultursysteme dar. Die damit gewonnenen Ergebnisse lassen sich noch besser auf den Menschen übertragen als die an Einzelzellkulturen gewonnenen Ergebnisse.For the testing of raw materials and products, human cell cultures have mostly been used as in vitro systems in recent years. A further development of cell culture technology is organ-like human tissue or bioartificial constructs and coculture systems. The results obtained can be transferred to humans even better than the results obtained in single-cell cultures.
Die EP 0 197 090 B1 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Hautäquivalents, wobei durch Mischen einer sauren Kollagenlösung mit kontraktilen Zellen, beispielsweise Fibroblasten, ein hydratisiertes Kollagengitter hergestellt wird. Nach Neutralisierung des pH-Wertes werden in dem Kollagengitter Kollagenfibrillen ausgefällt. Die kontraktilen Zellen lagern sich an das Kollagengitter an und bewirken dessen Kontraktion, wobei sich ein Dermisäquivalent bildet. Durch das Einbringen von Haut-Stanzbiopsien in das Kollagengitter können Keratinozyten aus den Stanzbiopsien auf der Oberfläche des Dermisäquivalentes wachsen, wobei sich ein Hautäquivalent bildet.EP 0 197 090 B1 discloses a process for forming a skin equivalent wherein a hydrated collagen lattice is prepared by mixing an acidic collagen solution with contractile cells, for example fibroblasts. After neutralization of the pH, collagen fibrils are precipitated in the collagen lattice. The contractile cells attach to the collagen lattice and cause it to contract, forming a dermis equivalent. By introducing skin punch biopsies into the collagen lattice, keratinocytes from the punch biopsies can grow on the surface of the dermis equivalent, forming a skin equivalent.
In der EP 0 285 474 B1 wird ein Hautäquivalent offenbart, das ein aus Kollagen und Fibroblasten erhaltenes Dermisäquivalent und ein mehrschichtiges Epidermisäquivalent umfaßt. Dabei wird das Dermisäquivalent mit einem menschlichen oder tierischen Explantat, beispielsweise einem Haarfollikel, beimpft, um das Epidermisäquivalent zu erhalten. Die EP 0 020 753 B1 beschreibt ein Verfahren zur Bildung von Gewebe, insbesondere Hautgewebe, wobei ebenfalls Fibroblasten in ein hydratisiertes Kollagengitter eingebracht werden und sich nach Kontraktion des Kollagengitters ein Gewebe bildet. Auf dieses Gewebe können zuvor in vitro kultivierte Ke-ratinocyten oder aus Vorhaut isolierte Keratinozyten aufgebracht werden, wobei sich ein Hautersatz bildet.EP 0 285 474 B1 discloses a dermal equivalent comprising a dermis equivalent obtained from collagen and fibroblasts and a multilayer epidermis equivalent. The dermis equivalent is inoculated with a human or animal explant such as a hair follicle to obtain the epidermis equivalent. EP 0 020 753 B1 describes a process for the formation of tissue, in particular skin tissue, whereby fibroblasts are likewise introduced into a hydrated collagen lattice and a tissue forms after contraction of the collagen lattice. Onto this tissue, pre-in vitro cultured ke ratinocytes or foreskin-isolated keratinocytes may be applied to form a skin substitute.
Aus der EP 0 418 035 B1 ist ein Gewebeäquivalent bekannt, das ein hydratisiertes Kollagengitter, welches mittels eines kontraktilen Agens wie Fibroblasten kontrahiert wird, und ein Kollagengel, welches mit einem permeablen Element in Kontakt steht, umfasst. Dabei wird das Gemisch aus Kollagen und kontraktilem Agens auf das Kollagengel aufgetragen, wobei durch den Kontakt zwischen Kollagengel und permeablem Element, beispielsweise einer Polycarbonatmembran, die radiale oder laterale Kontraktion des Kollagengitters unterbunden wird, so dass das Gitter nur bezüglich seiner Dicke kontrahiert. Nach Bildung des Dermisäquivalents können dann Keratinozyten ausgesät werden, wobei sich ein Hautäquivalent bildet.EP 0 418 035 B1 discloses a tissue equivalent comprising a hydrated collagen lattice contracted by a contractile agent such as fibroblasts and a collagen gel in contact with a permeable element. In this case, the mixture of collagen and contractile agent is applied to the collagen gel, wherein the radial or lateral contraction of the collagen lattice is prevented by the contact between collagen gel and permeable element, for example a polycarbonate membrane, so that the lattice contracts only with respect to its thickness. After formation of the dermis equivalent, keratinocytes can then be seeded, forming a skin equivalent.
Das US-Patent Nr. 4,963,489 beschreibt ein in vitro hergestelltes Stroma-Gewebe, wobei die Stromazellen, beispielsweise Fibroblasten, ein Grundgerüst umhüllen, das aus einem biologisch verträglichen Material, beispielsweise Cellulose, besteht. Das beschriebene System lässt sich unter anderem zur Herstellung eines dreidimensionalen Hautkultursystems verwenden, wobei Keratinozyten und Melanocyten auf dem Dermisäquivalent, das heißt der dreidimensionalen Stroma-Trägermatrix, ausgebracht werden.U.S. Patent No. 4,963,489 describes a stromal tissue prepared in vitro wherein the stromal cells, such as fibroblasts, encase a backbone made of a biocompatible material, such as cellulose. The system described can be used, inter alia, for the production of a three-dimensional skin culture system in which keratinocytes and melanocytes are applied to the dermis equivalent, that is to say the three-dimensional stromal carrier matrix.
Das US-Patent Nr. 5,755,814 beschreibt ein Hautmodellsystem, das sich sowohl als in vitro- Testsystem als auch für therapeutische Zwecke einsetzen lässt. Das System umfasst eine dreidimensionale vernetzte Matrix von unlöslichem Kollagen mit darin enthaltenen Fibroblasten und stratifizierte Schichten differenzierter Epidermiszellen, wobei eine Epidermiszell-Schicht in direktem Kontakt zu der Oberfläche der Kollagen-Matrix steht. Die Vernetzung der Matrix kann sowohl mittels thermischer Behandlung unter Wasserentzug als auch durch chemische Mittel, beispielsweise Carbodiimid, erfolgen.U.S. Patent No. 5,755,814 describes a skin model system that can be used both as an in vitro test system and for therapeutic purposes. The system comprises a three-dimensional crosslinked matrix of insoluble collagen with fibroblasts contained therein and stratified layers of differentiated epidermal cells, wherein an epidermal cell layer is in direct contact with the surface of the collagen matrix. The matrix can be crosslinked both by thermal treatment with dehydration and by chemical means, for example carbodiimide.
In dem US-Patent Nr. 5,882,248 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Wirkung chemischer Substanzen oder Agenzien auf ein menschliches Hautmodellsystem gemäß US-Patent Nr. 5,755,814 beschrieben. Die Wechselwirkung zwischen dem Hautmodellsystem und den zu testenden Substanzen wird anhand der Freisetzung von Stoffen durch Zellen des Hautmodellsystems sowie der Wirkungen auf Stoffwechsel, Proliferation, Differenzierung und Reorganisation dieser Zellen bestimmt.U.S. Patent No. 5,882,248 describes a method for determining the effect of chemicals or agents on a human skin model system according to U.S. Patent No. 5,755,814. The interaction between the skin model system and the substances to be tested is determined by the release of substances by cells of the skin model system as well as the effects on metabolism, proliferation, differentiation and reorganization of these cells.
In der WO 95/10600 ist darüber hinaus ein Verfahren beschrieben, mit dem ein Epidermisäquivalent gewonnen werden kann. Dieses Epidermisäquivalent kann für pharmazeutische und/oder kosmetische Sonnenbräunungs-Tests verwendet werden. Die internationale Patentanmeldung WO 01/092477 offenbart ein Verfahren zur Differenzierung und/oder Vermehrung isolierter dermaler Fibroblasten, wobei die Fibroblasten in einer dreidimensionalen gelartigen Matrix kultiviert werden und sich dort vermehren können. Diese Matrix enthält neben den zu kultivierenden Fibroblasten ein aus einer Kollagenlösung konstituiertes Gerüst aus menschlichem oder tierischem Kollagen, also gewebetypische Matrixproteine. Durch das Verfahren soll ein organoides in vitro-Hautmodell erhalten werden, das aus zwei gewebetypischen Schichten, nämlich einem Dermisäquivalent und einem Epidermisäquivalent, aufgebaut ist. Das organotypische Hautmodell soll sowohl histologisch als auch funktionell weitgehend der nativen Haut entsprechen.Moreover, WO 95/10600 describes a method with which an epidermis equivalent can be obtained. This epidermis equivalent can be used for pharmaceutical and / or cosmetic tanning tests. International Patent Application WO 01/092477 discloses a method for differentiation and / or propagation of isolated dermal fibroblasts, wherein the fibroblasts are cultured in a three-dimensional gel-like matrix and can multiply there. In addition to the fibroblasts to be cultivated, this matrix contains a framework of human or animal collagen constituted of a collagen solution, ie tissue-typical matrix proteins. The method is to obtain an in vitro organoid skin model composed of two tissue-typical layers, namely a dermis equivalent and an epidermis equivalent. The organotypical skin model should correspond to the native skin both histologically and functionally.
Bei den bekannten Hautmodellen wirkt sich nachteilig aus, dass diese zumeist nur aus einer oder mehreren epidermalen Schicht(en) aus Keratinozyten bestehen. In den Fällen, in denen eine stratifizierte Epidermis erhalten wird, werden häufig Gewebe-Explantate eingesetzt, die die Gefahr einer Kontamination mit Erregern in sich bergen, was bei einer späteren Verwendung des Hautäquivalents als Testhaut zu Ergebnisverfälschungen führen kann. Sofern die beschriebenen Hautmodelle einen Dermalteil besitzen, besteht dieser häufig aus spongiösem, quervernetztem Material, das neben Kollagen außerdem noch andere nicht-hauttypische Materialien enthalten kann. Sofern bei den im Stand der Technik beschriebenen Hautäquivalenten der Dermalteil nur aus Kollagen und Fibroblasten besteht, ist er einem Undefinierten Schrumpfungsprozess unterworfen, der auf eine starke Schrumpfung des Kollagengels und einen Flüssigkeitsaustritt daraus zurückzuführen ist. Dies führt dazu, dass die im Stand der Technik beschriebenen Hautäquivalente sich nur in beschränktem Maße als Testhaut definierter Größe eignen und die damit erhaltenen Ergebnisse sich nur bedingt auf native menschliche Haut übertragen lassen. Herkömmliche Hautäqivalente mit einem Dermalteil aus Kollagen und Fibroblasten sind zudem aufwendig in der Herstellung, da ein Kollagengel eingesetzt wird, das sich nur schwer verarbeiten läßt. Die Gellösung muß nämlich in der Kälte, also am besten auf Eis, angerührt werden und auch kalt pipettiert werden, da sie nur so flüssig bleibt. Anschließend wird die Gellösung erwärmt, z.B. auf 37° im Brutschrank. Nur unter diesen Bedingungen und dem richtig eingestellten pH-Wert kommt es zur Gelierung. Je wärmer die Gellösung wird, umso schwerer lässt sie sich verarbeiten. Wird das Gel zu stark erwärmt, besteht zudem die Gefahr, dass das Kollagen denaturiert und das Gel somit unbrauchbar wird.In the case of the known skin models, it is disadvantageous that they usually only consist of one or more epidermal layer (s) of keratinocytes. In cases where a stratified epidermis is obtained, tissue explants are frequently used which harbor the risk of contamination with pathogens, which can lead to a falsification of the results when the skin equivalent is later used as a test skin. If the skin models described have a dermal part, this often consists of cancellous, cross-linked material which, in addition to collagen, may also contain other non-skin-specific materials. If, in the case of the skin equivalents described in the prior art, the dermal part consists only of collagen and fibroblasts, it is subjected to an undefined shrinkage process, which is due to a strong shrinkage of the collagen gel and a liquid leakage therefrom. As a result, the skin equivalents described in the prior art are suitable only to a limited extent as a test skin of defined size and the results obtained can be transferred only to a limited extent to native human skin. Conventional Hautäqivente with a dermal part of collagen and fibroblasts are also expensive to produce, since a collagen gel is used, which is difficult to process. The gel solution must be in the cold, that is best on ice, stirred and also pipetted cold, since it remains so fluid. Subsequently, the gel solution is heated, e.g. at 37 ° in the incubator. Only under these conditions and the correct pH value does it gel. The warmer the gel solution becomes, the harder it can be processed. If the gel is overheated, there is also a risk that the collagen will denature and the gel becomes unusable.
Schließlich bleibt noch festzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Hautmodelle hinsichtlich ihrer Hautähnlichkeit suboptimal sind. Insbesondere die Expression des bedeutsamen dermalen Differenzierungsmarkers Elastin ist in den bekannten Hautmodellen - im Gegensatz zu natürlicher Dermis - nicht zu beobachten.Finally, it remains to be noted that the skin models known from the prior art are suboptimal in terms of their skin similarity. In particular, the expression of the important dermal differentiation marker elastin is not observed in the known skin models - in contrast to natural dermis.
Allergische Reaktionen werden über dendritische Zellen vermittelt. Die dendritischen Zellen der Haut sind die Langerhanszellen. Sie sind die wesentlichen antigenpräsentierenden Zellen der Haut und nehmen in der Epidermis Antigene auf, wandern zu den regionären Lymphknoten und präsentieren die durch Haut- und Schleimhäute eingedrungenen Antigene den T-Lymphozyten.Allergic reactions are mediated by dendritic cells. The dendritic cells of the skin are the Langerhans cells. They are the essential antigen-presenting cells of the Skin and take in the epidermis antigens, migrate to the regional lymph nodes and present the penetrated through skin and mucous membranes antigens to the T lymphocytes.
Die Isolierung und insbesondere die Kultivierung von adulten Langerhanszellen ist schwierig. Eine längere Kultivierung ist nicht möglich, da diese Zellen innerhalb von 1-2 Tagen in einer Kultur absterben. Es können daher keine Hautmodelle als Testsysteme für sensibilisierende Substanzen durch die Kokultivierung mit adulten Langerhanszellen erzeugt werden.The isolation and, in particular, the cultivation of adult Langerhans cells is difficult. Prolonged cultivation is not possible as these cells die within 1-2 days in one culture. Therefore, no skin models can be generated as test systems for sensitizing substances by cocultivation with adult Langerhans cells.
Sensibilisierende Substanzen (Rohstoffe oder Wirkstoffe) können, wenn sie in Berührung mit der Haut oder der Schleimhaut kommen, eine allergische Reaktion (Kontaktallergie) hervorrufen.Sensitizing substances (raw materials or active substances), if they come into contact with the skin or the mucous membrane, can cause an allergic reaction (contact allergy).
Bekannte Beispiele sensibilisierender Stoffe sind beispielsweise Nickel-, Zink- und Kobaltionen, Chromat-Ionen, Duft- und Aromastoffe in Parfüms, Latex, Konservierungsmittel (Thiomersal, Parabene, Formalin), Kolophonium, TNBF (2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure), DNCB (Dinitrochlorbenzol), TNCB (Trinitrochlorbenzol), DNFB (2,4-Dinitrodifluorobenzol), MBT (2- Mercaptobenzothiazol), MCI/MI (Methylchloroisothiazolinone / Methylisothiazolinone), Neomycinsulfat und andere externe Antibiotika und Gummihilfsstoffe (Akzeleratoren, Antioxidantien, Vulkanisierungstoffe, Stabilisatoren der Gummiherstellung). Andere Auslöser sind Epoxidharze (Harze, Lösungsmittel und Härter; meist nur die kleineren Monomere und Dimere, nicht aber die Polymere), Arzneimittel und Pflanzen.Known examples of sensitizing substances are, for example, nickel, zinc and cobalt ions, chromate ions, fragrances and fragrances in perfumes, latex, preservatives (thiomersal, parabens, formalin), rosin, TNBF (2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid), DNCB (Dinitrochlorobenzene), TNCB (trinitrochlorobenzene), DNFB (2,4-dinitrodifluorobenzene), MBT (2-mercaptobenzothiazole), MCI / MI (methylchloroisothiazolinone / methylisothiazolinone), neomycin sulfate and other external antibiotics and rubbers (accelerators, antioxidants, vulcanizing agents, stabilizers) rubber production). Other triggers are epoxy resins (resins, solvents and hardeners, usually only the smaller monomers and dimers, but not the polymers), drugs and plants.
Solche Substanzen dringen bei der Sensibilisierung in die vitalen Zellschichten der Epidermis ein. Zumeist handelt es sich dabei um kleine Moleküle, die selber keine Immunreaktion auslösen können. In der Haut verbinden sich diese Moleküle mit hauteigenen Proteinen und bilden einen Hapten-Protein-Komplex, der nun vom Immunsystem erkannt werden kann. Im Fall der Kontaktallergie wird der Protein-Hapten-Komplex von den dendritischen Zellen (den Langerhanszellen) aufgenommen und verarbeitet. Kleine Moleküle, die per se nicht sensibilisierend wirken, können zu einem sensibilisierenden Agens (Hapten) werden, wenn sie durch hauteigene Enzyme verändert werden. In diesem Fall entsteht aus einem Prohapten durch die biochemische Umsetzung erst das eigentliche Hapten, das dann mit Proteinen einen immunogen wirkenden Hapten-Protein-Komplex bildet.Such substances enter the vital cell layers of the epidermis during sensitization. In most cases, these are small molecules that can not trigger immune reactions themselves. In the skin, these molecules combine with the skin's own proteins to form a hapten-protein complex that can now be recognized by the immune system. In the case of contact allergy, the protein-hapten complex is taken up by the dendritic cells (Langerhans cells) and processed. Small molecules that do not sensitize per se can become a sensitizing agent (hapten) when altered by the skin's own enzymes. In this case, the actual hapten, which then forms an immunogenic hapten-protein complex with proteins, is formed from a prohapten by the biochemical conversion.
Eine Möglichkeit zur Bestimmung des sensibilisierenden Potentials eines Agens ist ein Tierversuch mit Mäusen (murine lymph node essay), denen die Prüfsubstanz in die Haut gespritzt wird, um das Immunsystem der Tiere zu stimulieren. Es wird dann bestimmt, ob die Testsubstanz bei nochmaligem Kontakt allergische Reaktionen auslöst.One way of determining the sensitizing potential of an agent is by using a murine lymph node assay ("mouse lymph node essay") to inject the test substance into the skin to stimulate the animals immune system. It is then determined whether the test substance triggers allergic reactions on repeated contact.
Tierversuchfreie Tests, ob bestimmte neue Substanzen sensibilisierend wirken können, werden bisher an zweidimensionalen Zellkulturen (Monolayer) unterschiedlicher Zelltypen ( z.B. monocytäre dendritische Zellen) durchgeführt. Nachteilig ist dabei, dass in solchen einfachen Modellen die komplexen Interaktionen, die in der Haut bei Kontakt mit einem sensibilisierenden Agens stattfinden, nicht beobachtet werden können. Darüber hinaus können in solche Zellkulturen nur wasserlösliche Roh- bzw. Wirkstoffe eingebracht und getestet werden.Animal-free tests on whether certain new substances can have a sensitizing effect have hitherto been carried out on two-dimensional cell cultures (monolayers) of different cell types (eg monocyte dendritic cells). The disadvantage here is that in such simple models the complex interactions that occur in the skin when in contact with a sensitizing Agent can not be observed. In addition, only water-soluble raw materials or active ingredients can be introduced and tested in such cell cultures.
Es besteht nun Bedarf, ohne Rückgriff auf Tierversuche, ein Testsystem bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine Vorhersage des sensibilisierenden Potentials von Substanzen, die mit der Haut bzw. den Schleimhäuten in Kontakt kommen, ermöglicht.There is now a need, without recourse to animal experiments, to provide a test system which overcomes the disadvantages of the prior art and allows prediction of the sensitizing potential of substances in contact with the skin or mucous membranes.
Das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende technische Problem besteht also darin, ein Hautmodell, welches möglichst weitgehend nativer menschlicher Haut entspricht, ein Dermisäquivalent, ein Epidermisäquivalent und besonders bevorzugt ein humanes in vitro- Vollhautmodell, sowie Verfahren und Mittel zu deren Herstellung bereit zu stellen, das die oben genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet und sich als Testhaut beispielsweise zur Untersuchung pharmakologischer und kosmetischer Wirkungen sowie zur Hautverträglichkeitsprüfung, insbesondere zur Testung des allergenen bzw. sensibilisierenden Potentials von Wirkstoffen, einsetzen lässt.The technical problem underlying the present invention is therefore to provide a dermal model which corresponds as far as possible to native human skin, a dermis equivalent, an epidermis equivalent and particularly preferably a human in vitro full skin model, and methods and means for their preparation, which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art and can be used as a test skin, for example for the investigation of pharmacological and cosmetic effects and for skin compatibility testing, in particular for testing the allergenic or sensitizing potential of active substances.
Das Problem wird gelöst durch ein Hautmodell, umfassend eine Kollagenmatrix und dendritische Zellen.The problem is solved by a skin model comprising a collagen matrix and dendritic cells.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hautmodell, insbesondere ein Dermisäquivalent, ein Epidermisäquivalent und ein Ganzhautäquivalent umfassend eine Kollagenmatrix sowie dendritische Zellen, Verfahren zur Herstellung des Dermis-, Epidermis- bzw. Hautäquivalentes sowie deren Verwendung zur Testung von Substanzen, insbesondere in Bezug auf eine potentiell sensibilisierende Wirkung, bevorzugt die Wirkung auf die Haut.The present invention relates to a skin model, in particular a dermis equivalent, an epidermis equivalent and a whole skin equivalent comprising a collagen matrix and dendritic cells, methods for producing the dermis, epidermis or skin equivalent and their use for testing substances, in particular with respect to a potential sensitizing Effect, preferably the effect on the skin.
Unter Hautmodell im Sinne der vorliegenden Erfindung sind neben Vollhautäquivalenten (auch Ganzhautmodelle genannt) auch Dermis- und Epidermisäquivalente zu verstehen.Within the meaning of the present invention, skin model is to be understood as meaning full-body equivalents (also called whole-skin models) and also dermis and epidermis equivalents.
Unter dendritischen Zellen sind erfindungsgemäß solche Zellen sowie ihre Vorläufer zu verstehen, die entweder basal oder aufgrund von Stimulation einen der Oberflächenmarker CD86 (B7.2) oder CD 54 (ICAM) exprimieren oder regulieren können. Dabei kann die Stimulation bevorzugt durch dem Fachmann bekannte Faktoren, insbesondere Chemokine und/oder Cytokine, oder durch den Kontakt der Zellen mit einem sensibilisierenden Agens erfolgen.According to the invention, dendritic cells are to be understood as meaning those cells and their precursors which can express or regulate either the basal or stimulatory one of the surface markers CD86 (B7.2) or CD 54 (ICAM). The stimulation may preferably be effected by factors known to the person skilled in the art, in particular chemokines and / or cytokines, or by the contact of the cells with a sensitizing agent.
Bevorzugt sind solche Zellen, die entweder basal oder aufgrund von Stimulation den Sensibilisierungsmarker CD86 (B7.2) exprimieren oder regulieren können.Preferred are those cells which can express or regulate the sensitizing marker CD86 (B7.2) either basally or due to stimulation.
Besonders bevorzugt sind solche Zellen, die entweder basal oder aufgrund von Stimulation sowohl den Marker CD86 als auch den Marker CD54 exprimieren oder regulieren können. Insbesondere sind unter dendritischen Zellen sowohl induzierte oder nicht induzierte monocytäre dendritische Zellen oder induzierte oder nicht induzierte dendritische Zellen, die aus lymphoiden, myeloischen, histiocytären oder monocytischen Zelllinien gewonnen wurden, zu verstehen.Particularly preferred are those cells which can either basally or due to stimulation express or regulate both the marker CD86 and the marker CD54. In particular, dendritic cells are understood as meaning both induced or uninduced monocytic dendritic cells or induced or uninduced dendritic cells obtained from lymphoid, myeloid, histiocytic or monocytic cell lines.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erfindungsgemäßen dendritischen Zellen ausgewählt aus Zellen oder Zelllinien gewonnen aus Tumoren des blutbildenden und/oder immunologischen Systems.According to another preferred embodiment of the present invention, the dendritic cells according to the invention are selected from cells or cell lines derived from tumors of the blood-forming and / or immunological system.
Die Zellen bzw. Zelllinien aus Tumoren des blutbildenden und/oder immunologischen Systems werden bevorzugt eingesetzt. Insbesondere können sie nach einer Stimulierung mit geeigneten Faktoren, insbesondere mit Chemokinen oder Cytokinen eingesetzt werden, da sie bevorzugt nach der Stimulation die Marker CD86 und/oder CD54 exprimieren oder regulieren, und aus Zelllinien erhältlich sind.The cells or cell lines from tumors of the blood-forming and / or immunological system are preferably used. In particular, they can be used after stimulation with suitable factors, in particular with chemokines or cytokines, since they preferably express or regulate the markers CD86 and / or CD54 after stimulation, and are obtainable from cell lines.
Im Gegensatz zu Langerhanszellen und deren Vorläufern sowie Zellen, die aus Blut gewonnen werden, sind diese Zelllinien als Zellkulturen verfügbar und können beliebig oft geteilt und weiter kultiviert werden. Die Qualität des resultierenden Hautmodells ist daher viel weniger abhängig von der Qualität der einzelnen Zellpräparationen.In contrast to Langerhans cells and their precursors, as well as cells derived from blood, these cell lines are available as cell cultures and can be divided as often as desired and further cultured. The quality of the resulting skin model is therefore much less dependent on the quality of the individual cell preparations.
Die Hautmodelle, die mit den genannten Zelllinien hergestellt werden bzw. diese enthalten, weisen vorteilhafter weise eine besonders hohe Stabilität und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse auf. Die aus sogenannten immortalen Zelllinien abgeleiteten Hautmodelle liefern insbesondere bei mehreren Testreihen besonders gut vergleichbare Werte.The skin models that are produced with the mentioned cell lines or contain them advantageously have a particularly high stability and reproducibility of the results. The skin models derived from so-called immortal cell lines provide particularly well comparable values, especially in the case of several test series.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Tumoren ausgewählt aus myeloiden oder lymphoiden Tumoren.According to another preferred embodiment of the present invention, the tumors are selected from myeloid or lymphoid tumors.
Bevorzugt sind die myeloiden Tumoren ausgewählt aus human acute myeloid leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid (eosinophilic) leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid leukemia, myelomonocytic leukemia, human chronic myeloid leukemia in blast crisis, human multiple myeloma, human acute monocytic leukemia, human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma und human monocytic leukemia. Es wurde hierbei die Bezeichnung der beim DSMZ „Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen" veröffentlichten Tumoren verwendet.Preferably, the myeloid tumors are selected from human acute myeloid leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid (eosinophilic) leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid leukemia, myelomonocytic leukemia, human chronic myeloid leukemia in blast crisis, human multiple myeloma, human acute monocytic leukemia, human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma and human monocytic leukemia. In this case, the designation of the tumors published in the DSMZ "German Collection of Microorganisms and Cell Cultures" was used.
Aus diesen myeloiden Tumoren können Zelllinien gewonnen werden, die besonders gut kultivierbar sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäß einzusetzenden Zellen aus myeloiden Tumoren ausgewählt sind aus Zellen der humanen Zelllinien KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) und THP-1 (DSMZ no. ACC 16).From these myeloid tumors, cell lines can be obtained which are particularly easy to cultivate. In particular, it is preferred that the cells to be used according to the invention are selected from myeloid tumors from cells of the human cell lines KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) and THP-1 (DSMZ no. ACC 16). ,
Diese Zelllinien sind besonders geeignet, da sie sowohl den Oberflächenmarker CD86 (B7.2) als den Marker CD 54 (ICAM) basal oder nach Stimulation exprimieren oder regulieren können. Die in Klammern angegebenen Nummern kennzeichnen die Zelllinien. Auf der Homepage des DSMZ (www.dsmz.de) sind die genannten Zelllinien mit ihren Ursprüngen sowie ihren Merkmalen beschrieben. Die angegebenen Informationen beziehen sich auf den Katalog vom November 2005.These cell lines are particularly suitable because they can express or regulate both the surface marker CD86 (B7.2) as the marker CD 54 (ICAM) basal or after stimulation. The numbers in brackets indicate the cell lines. On the homepage of the DSMZ (www.dsmz.de) the mentioned cell lines are described with their origins as well as their characteristics. The information given refers to the November 2005 catalog.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die erfindungsgemäß einzusetzenden Zellen aus lymphoiden Tumoren ausgewählt, aus human plasma cell leukemia, human T cell leukemia, human T cell lymphoma, human B cell precursor leukemia, human B cell lymphoma, human chronic B cell leukemia, human T cell acute lymphoblastic leukemia, human histiocytic lymphoma und human Hodgkin lymphoma. Es wurde hierbei die Bezeichnung der beim DSMZ „Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen" veröffentlichten Tumoren verwendet.According to another preferred embodiment, the cells to be used according to the invention are selected from lymphoid tumors, from human plasma cell leukemia, human cell leukemia, human cell lymphoma, human B cell precursor leukemia, human B cell lymphoma, human chronic B cell leukemia, human T Cell acute lymphoblastic leukemia, human histiocytic lymphoma and human Hodgkin's lymphoma. In this case, the designation of the tumors published in the DSMZ "German Collection of Microorganisms and Cell Cultures" was used.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erfindungsgemäß einzusetzenden Zellen ausgewählt aus monocyte derived dendritic cells (MoDC), Zellen aus Zelllinien, gewonnen aus Tumoren ausgewählt aus human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma, human monocytic leukemia, insbesondere den humanen Zelllinien KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5), THP-1 (DSMZ no. ACC 16) Mono Mac 6 (DSMZ no. ACC 124) oder Mono Mac 1 ((DSMZ no. ACC 252) oder MUTZ-3 (DSMZ no. ACC 295).According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the cells to be used according to the invention are selected from monocyte-derived dendritic cells (MoDC), cells from cell lines obtained from tumors selected from human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma, human monocytic leukemia, in particular the human cell lines KG ACC1 (DSMZ no. ACC 14), THP-1 (DSMZ no. ACC 16), Mono Mac 6 (DSMZ no. ACC 124) or Mono Mac 1 (DSMZ no. ACC 252) ) or MUTZ-3 (DSMZ no. ACC 295).
Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die erfindungsgemäß einzusetzenden Zellen ausgewählt sind aus Monocyte derived dendritic Cells (MoDC) sowie insbesondere den humanen Zelllinien KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) und THP-1 (DSMZ no. ACC 16).It is very particularly preferred for the cells to be used according to the invention to be selected from monocyte-derived dendritic cells (MoDC) and in particular to the human cell lines KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) and THP-1 ( DSMZ no. ACC 16).
Diese Zellkulturlinien sind besonders gut, insbesondere im Hinblick auf ihre Reaktionen bei Sensilibisierungsuntersuchungen, charakterisiert.These cell culture lines are particularly well characterized, in particular with regard to their reactions in sensitization studies.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Hautmodells werden die erfindungsgemäß geeigneten Zellen vor, während oder nach der Kokultivierung mit dem Hautmodell mit geeigneten Faktoren, insbesondere Chemokinen oder Cytokinen, behandelt. Die geeigneten Faktoren können jedem der geeigneten Kulturmedien zugesetzt werden.According to a particularly preferred embodiment of the skin model, the cells suitable according to the invention are treated before, during or after co-cultivation with the skin model with suitable factors, in particular chemokines or cytokines. The appropriate factors may be added to any of the appropriate culture media.
Bevorzugt geeignete Cytokine sind ausgewählt aus GM-CSF (Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor), SCF (Stern Cell Factor), IL-4 (Interleukin 4), IL-13 (Interleukin 13), TGFß (Transforming Growth Factor beta), insbesondere TGFßi , oder TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) und deren Mischungen, besonders bevorzugt aus IL-4 und GM-CSF sowie deren Mischungen.Preferred cytokines are selected from GM-CSF (Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor), SCF (Star Cell Factor), IL-4 (Interleukin 4), IL-13 (Interleukin 13), TGFβ (Transforming Growth Factor beta), in particular TGFβi, or TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) and mixtures thereof, more preferably from IL-4 and GM-CSF and mixtures thereof.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Kollagenmatrix vernetzt vor.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the collagen matrix is crosslinked.
Die erhöhte Stabilität der vernetzten Kollagenmatrix (die, wie weiter unten beschrieben, hergestellt werden kann) führt wiederum zu einer verbesserten Handhabbarkeit der Hautmodelle und einer höheren Reproduzierbarkeit der zu erhaltenden Testergebnisse.The increased stability of the crosslinked collagen matrix (which, as described below, can be produced) in turn leads to an improved handling of the skin models and a higher reproducibility of the test results to be obtained.
Insbesondere kann die Vernetzung der Kollagenmatrix durch Vernetzungsreagentien, wie beispielhaft für das Herstellungsverfahren (Schritt d) beschrieben, besonders bevorzugt durch Glutaraldehyd, erzeugt werden.In particular, the crosslinking of the collagen matrix can be produced by crosslinking reagents, as described by way of example for the preparation process (step d), particularly preferably by glutaraldehyde.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Kollagenmatrix Fibroblasten und/oder Keratinozyten.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the collagen matrix contains fibroblasts and / or keratinocytes.
Wie weiter unten beschrieben können durch die Einsaat verschiedener Zellen unterschiedliche Testsysteme der realen Haut nachgebildet werden.As described below, the seeding of different cells can simulate different test systems of the real skin.
Werden nur Keratinozyten eingesät, resultiert ein Epidermismodell, während die Einsaat von Fibroblasten ohne Keratinozyten zu einem Dermismodell führt.If only keratinocytes are seeded, an epidermis model results, while the sowing of fibroblasts without keratinocytes leads to a dermis model.
Besonders bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Hautmodell sowohl Fibroblasten als auch Keratinozyten, die nacheinander (insbesondere wie weiter unten genauer beschrieben), auf die Kollagenmatrix, die bevorzugterweise vernetzt ist, aufgebracht werden. Dort werden die Zellen wachsen gelassen und ggf. an der Air-Liquid-Interface in ein fertiges Hautmodell umgewandelt.The skin model according to the invention particularly preferably contains both fibroblasts and keratinocytes, which are applied successively (in particular as described in more detail below) to the collagen matrix, which is preferably crosslinked. There, the cells are grown and, if necessary, converted to a finished skin model at the Air-Liquid interface.
Durch die Anwesenheit von Keratinozyten und Fibroblasten im Hautmodell ist es möglich, ein Testsystem zur Verfügung zu stellen, das der in vivo Situation besonders gut und realistisch nachgebildet ist.Due to the presence of keratinocytes and fibroblasts in the skin model, it is possible to provide a test system that replicates the in vivo situation particularly well and realistically.
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hautmodells, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man a) aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b) das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c) die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d) die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e) Fibroblasten und/oder Keratinozyten (optional nacheinander) auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt, f) die in und auf der Matrix B wachsenden Zellen bis zur vollständigen Ausbildung des Hautmodells weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach der Einsaat der Zellen in Schritt e) dendritische Zellen mit dem Hautmodell kokultiviert.The invention relates to a method for producing a skin model, which comprises a) recovering collagen sparingly soluble from collagen-containing tissue, b) converting the sparingly soluble collagen into a homogeneous collagen suspension by means of a mixing device, c) lyophilizing the collagen suspension and produces a first matrix A, d) subjecting the first matrix A to cross-linking and thus producing a second, mechanically stabilized matrix B, e) flocking and growing fibroblasts and / or keratinocytes (optionally one after the other) onto the second matrix B; f) further culturing the cells growing in and on the matrix B until complete formation of the skin model, before, during or after sowing the cells in step e) cocultivated dendritic cells with the skin model.
Vorteilhafterweise können im Gegensatz zu den bisher eingesetzten zweidimensionalen Testkulturen (Monolayern) bei einem dreidimensionalen Hautmodell die zu testenden Substanzen topisch auf die Oberfläche der Hautmodelle appliziert werden. Es können daher auch Formulierungen, z.B. Salben, Cremes, Gele und Schäume, und nicht nur wasserlösliche Roh- /Wirkstoffe z.B. oben auf die Epidermis aufgetragen und somit getestet werden.Advantageously, in contrast to the previously used two-dimensional test cultures (monolayers) in a three-dimensional skin model, the substances to be tested can be applied topically to the surface of the skin models. Therefore, formulations, e.g. Ointments, creams, gels and foams, and not just water-soluble raw / actives e.g. applied on top of the epidermis and thus tested.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die auf das erfindungsgemäße Hautmodell aufgetragenen Substanzen durch das Stratum corneum, also die Barriereschicht der Haut, penetrieren. Die Penetrationsrate hängt dabei maßgeblich von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Stoffe ab, z.B. Lipophilie, Molekulargröße, Reaktivität, die auch in vivo entscheidenden Einfluss auf den Effekt einer potentiell sensibilisierenden Substanz haben. Nach Auftragung der Testsubstanz auf das Modell bildet sich ein Verteilungsmuster der Substanzen aus, aus dem sich die Bioverfügbarkeit der Substanz ableiten lässt. Dieser Effekt kann nicht an Monolayer-Kulturen simuliert werden.A further advantage is the fact that the substances applied to the skin model according to the invention penetrate through the stratum corneum, ie the barrier layer of the skin. The penetration rate depends significantly on the physico-chemical properties of the substances, e.g. Lipophilicity, molecular size, reactivity, which also have a decisive influence on the effect of a potentially sensitizing substance in vivo. After application of the test substance to the model, a distribution pattern of the substances is formed, from which the bioavailability of the substance can be derived. This effect can not be simulated on monolayer cultures.
Weiterhin kann die zu testende Substanz während der Passage durch die Zellschichten des Hautmodells durch gewebeeigene Enzyme bzw. Enzymsysteme metabolisiert werden. Im Falle einer Substanz, die als Prohapten durch eine solche Metabolisierung erst als sensiblisierendes Agens (Hapten) aktiviert wird, ist ein Nachweis in Monolayer-Kulturen nicht möglich. Beispielsweise ist es möglich, dass sich erst nach der Metabolisierung stabile Hapten-Protein- Komplexe bilden, die erst die Sensibilisierungsreaktion auslösen.Furthermore, the substance to be tested can be metabolized by tissue-specific enzymes or enzyme systems during the passage through the cell layers of the skin model. In the case of a substance that is activated as a prodrug by such a metabolization only as a sensitizing agent (hapten), detection in monolayer cultures is not possible. For example, it is possible that only after the metabolization stable hapten-protein complexes are formed, which only trigger the sensitization reaction.
Auch eine umgekehrte Wirkungsweise, die Inaktivierung einer sensibilisierenden Substanz durch Metabolisierung in der Haut, kann durch das erfindungsgemäße Modell, im Gegensatz zu zweidimensionalen Zellkultur-Testsystemen erfasst werden.A reverse mode of action, the inactivation of a sensitizing substance by metabolisation in the skin, can also be detected by the model according to the invention, in contrast to two-dimensional cell culture test systems.
Vorteilhafterweise lässt sich die in Schritt b) erhaltene Kollagensuspension - ganz im Gegensatz zu den im Stand der Technik eingesetzten Kollagengelen - bei Raumtemperatur problemlos gießen und pipettieren.Advantageously, the collagen suspension obtained in step b) can be poured and pipetted without problem at room temperature, in contrast to the collagen gels used in the prior art.
Das erfindungsgemäße Hautmodell lässt sich im Vergleich zu Modellen aus dem Stand der Technik gut handhaben, da es besonders robust ist. Außerdem haftet das erfindungsgemäß erhältliche Ganzhautmodell gut am Boden der Kulturgefäße, so dass es nicht zur vorzeitigen Ablösung des noch nicht vollständig ausgebildeten Hautmodells kommt, wodurch das Modell unbrauchbar würde.The skin model according to the invention can be handled well in comparison to models from the prior art, since it is particularly robust. In addition, the whole skin model obtainable according to the invention adheres well to the bottom of the culture vessels, so that it is not premature Replacement of the not yet fully developed skin model comes, whereby the model would be unusable.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "Kultivieren" ein, vorzugsweise in vitro stattfindendes, Aufrechterhalten der Lebensfunktionen von Zellen, beispielsweise Fibroblasten oder Keratinozyten, in einer geeigneten Umgebung, beispielsweise unter Zu- und Abfuhr von Stoffwechseledukten und -produkten, insbesondere auch eine Vermehrung der Zellen.In the context of the present invention, the term "culturing" means maintaining, preferably in vitro, the life functions of cells, for example fibroblasts or keratinocytes, in a suitable environment, for example by adding and removing metabolic factors and products, in particular also one Multiplication of the cells.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter Fibroblasten natürlicherweise vorkommende, insbesondere in der Dermis vorkommende Fibroblasten, gentechnisch veränderte Fibroblasten oder aber aus Spontanmutationen hervorgegangene Fibroblasten oder deren Vorläufer verstanden. Die Fibroblasten können tierischer oder menschlicher Herkunft sein.In the context of the present invention, fibroblasts are understood to mean naturally occurring fibroblasts, in particular occurring in the dermis, genetically modified fibroblasts or fibroblasts resulting from spontaneous mutations or their precursors. The fibroblasts may be of animal or human origin.
Unter „schwer löslichem Kollagen" wird erfindungsgemäß grobfaseriges Kollagen verstanden, das im wässrigen Medium über mehrere Stunden hinweg keine sichtbare oder nur geringe Quellung bzw. keine oder nur geringe Gelbildung, insbesondere keine Gelbildung, zeigt. Schwer lösliches Kollagen wird vorzugsweise aus den Sehnen von Tieren, insbesondere von Säugetieren, bevorzugt von Pferden, Schweinen oder Rindern, ganz besonders bevorzugt aus den Achillessehnen oder der Haut von Rindern, insbesondere aus den Achillessehnen von Rindern, gewonnen.According to the invention, "sparingly soluble collagen" is understood to mean coarse-fiber collagen which shows no visible or only slight swelling or no or only slight gel formation, in particular no gel formation, in the aqueous medium over several hours, while sparingly soluble collagen is preferably obtained from the tendons of animals , in particular of mammals, preferably of horses, pigs or cattle, very particularly preferably from the Achilles tendons or the skin of cattle, in particular from the Achilles tendons of cattle won.
Die Überführung in eine homogene Kollagensuspension kann mit oder in jeder aus fachmännischer Sicht geeigneten Mischapparatur erfolgen, vorzugsweise in einem statischen Mischer oder mit einem Ultra Turrax.The conversion into a homogeneous collagen suspension can be carried out with or in any mixing apparatus suitable from a professional point of view, preferably in a static mixer or with an Ultra Turrax.
Die Kollagensuspension wird nun in Behältnisse gegeben, deren Dimensionen denen der gewünschten Matrices entsprechen, z. B. in die Kavitäten einer Mikrotiterplatte.The collagen suspension is now placed in containers whose dimensions correspond to those of the desired matrices, z. B. in the wells of a microtiter plate.
Vor dem Befüllen der Behältnisse, z. B. der Kavitäten einer Mikrotiterplatte mit der Kollagensuspension können die Gefäße mit verschiedenen Agenzien beschichtet werden, um im folgenden die Haftung der lyophilisierten Kollagenmatrix an die Gefäßwand zu verbessern. Geeignete Agenzien sind beispielsweise Kollagen, Gelatine, Polylysin, Fibrin bzw. Fibrinogen/Thrombin oder Fibronectin. Hierbei benetzt man zunächst die inneren Gefäßwandungen mit Lösungen oder Suspensionen der Agenzien, trocknet die Gefäße, so dass sich eine Schicht der Agenzien auf der inneren Gefäßfläche bildet und füllt dann erst die Kollagensuspension ein.Before filling the containers, z. As the wells of a microtiter plate with the collagen suspension, the vessels can be coated with various agents to improve the adhesion of the lyophilized collagen matrix to the vessel wall in the following. Suitable agents are, for example, collagen, gelatin, polylysine, fibrin or fibrinogen / thrombin or fibronectin. First, the inner vessel walls are wetted with solutions or suspensions of the agents, the vessels are dried, so that a layer of the agents forms on the inner vessel surface and then first fills the collagen suspension.
Die Lyophilisierung (Gefriertrocknung) in Schritt c) erfolgt in diesen Behältnissen. Wenn das Einfrieren mit geringer Abkühlgeschwindigkeit erfolgt, so werden große Eiskristalle erhalten, die Konzentrationsunterschiede und Entmischung im Produkt bewirken. Durch ein langsames, ausgeprägtes Eiskristallwachstum entstehen besonders große Eiskristalle, die, wenn ein Temperaturgradient beim Einfrieren vorgelegen hat, in Richtung des Gradienten ausgerichtet sind. In diesem Fall werden Produkte erhalten, die von einer großlumigen Säulen- bzw. Kaminstruktur durchzogen sind. Allerdings ist bei diesen groß gewachsenen Strukturen die spezifische Oberfläche verkleinert, so dass das Rekonstitutionsverhalten negativ beeinflußt sein kann.The lyophilization (freeze-drying) in step c) takes place in these containers. If freezing takes place at a low cooling rate, large ice crystals are obtained Effect concentration differences and segregation in the product. Slow, pronounced ice crystal growth produces particularly large ice crystals which, if a temperature gradient has been present during freezing, are oriented in the direction of the gradient. In this case, products are obtained which are crossed by a large-lumen column or chimney structure. However, in these large-scale structures, the specific surface area is reduced, so that the reconstitution behavior can be adversely affected.
Aus diesem Grunde wird üblicherweise bei der Gefriertrocknung biologischen Materials darauf geachtet, eine möglichst schnelle Abkühlung zu bewirken.For this reason, care is usually taken in the freeze-drying of biological material to cause the fastest possible cooling.
Überraschenderweise hat die Anmelderin jedoch festgestellt, dass eine langsame Abkühlung der Kollagensuspension während des Lyophilisierungsprozesses vorteilhafte Auswirkungen auf die Beschaffenheit der Matrices A und B hat. Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Abkühlrate von bis zu 50 °C pro Stunde, insbesondere 5 0C bis 40 0C pro Stunde, vorzugsweise 10 0C bis 30 0C pro Stunde, besonders bevorzugt 15 0C bis 25 0C pro Stunde, ganz besonders bevorzugt von 18 °C bis 23 0C und noch stärker bevorzugt von 20 0C bis 22 0C.Surprisingly, however, the Applicant has found that slow cooling of the collagen suspension during the lyophilization process has beneficial effects on the nature of the matrices A and B. According to the invention is a cooling rate of up to 50 ° C per hour, in particular 5 0 C to 40 0 C per hour, preferably from 10 0 C to 30 0 C per hour, more preferably 15 0 C to 25 0 C per hour, most preferably from 18 ° C to 23 0 C, and even more preferably from 20 0 C to 22 0 C.
Solche bevorzugt erhältlichen Lyophilisate weisen ein Häutchen an der Produktoberfläche auf.Such preferably available lyophilisates have a pellicle on the product surface.
Vorteilhafterweise bildet dieses Häutchen an der Oberfläche der lyophilisierten Matrix Poren aus, die für die nachfolgende Besiedelung mit Fibroblasten besonders gute Bedingungen bieten, da sie ein langsames Einwandern der Fibroblasten in die Matrix fördern. Schnellere Abkühlungsraten während des Lyophilisationsprozesses führen hingegen häufig zu einer offenporigen Matrix mit „Kratern" in der Oberfläche, die die Fibroblasten in der gegebenen Kultivierungszeit nicht komplett mit neusynthetisierter extrazellulärer Matrix ausfüllen können. Ausgesäte Keratinozyten können in diese Krater hineinfallen, in ihnen aggregieren und ausdifferenzieren, wodurch die Schichtung und damit die Differenzierung des Hautmodells empfindlich gestört werden kann.Advantageously, this cuticle forms pores on the surface of the lyophilized matrix which offer particularly good conditions for the subsequent colonization with fibroblasts since they promote slow migration of the fibroblasts into the matrix. On the other hand, faster cooling rates during the lyophilization process often result in an open-pore matrix with "craters" in the surface that can not completely fill the fibroblasts with newly synthesized extracellular matrix in the given culture time. whereby the stratification and thus the differentiation of the skin model can be disturbed sensitively.
Die Vernetzung in Schritt d) kann mit Hilfe jedes dem Fachmann geeignet scheinenden physikalischen oder chemischen Vernetzungsverfahrens erfolgen. Überraschenderweise hat die Anmelderin gefunden, dass sich Glutaraldehyd trotz seiner cytotoxischen und apoptotischen Eigenschaften bevorzugt als Vernetzer für das erfindungsgemäße Verfahren eignet. Die Vernetzung kann jedoch auch durch physikalische Verfahren wie UV-Bestrahlung und dehydrothermale Vernetzung (DHT) erfolgen.The crosslinking in step d) can be carried out with the aid of any physical or chemical crosslinking process which is suitable for the person skilled in the art. Surprisingly, the Applicant has found that, despite its cytotoxic and apoptotic properties, glutaraldehyde is preferably suitable as a crosslinker for the process according to the invention. However, the crosslinking can also be carried out by physical methods such as UV irradiation and dehydrothermal crosslinking (DHT).
Als chemische Vernetzungsreagenzien sind erfindungsgemäß bifunktionale Substanzen geeignet, deren Gruppen mit den Aminogruppen der Lysin- und Hydroxylysinresten auf verschiedenen Polypeptidketten der Kollagenfasern reagieren. Weiterhin kann auch die Aktivierung der Carboxylgruppen der freien Glutamin- und Asparginsäurereste, gefolgt von einer Reaktion mit den Aminogruppen einer anderen Polypeptidkette, zu einer erfindungsgemäßen Vernetzung der Kollagenfasern führen.According to the invention, bifunctional substances whose groups react with the amino groups of the lysine and hydroxylysine residues on different polypeptide chains of the collagen fibers are suitable as chemical crosslinking reagents. Furthermore, activation of the carboxyl groups of the free glutamine and aspartic acid residues, followed by reaction with the Amino groups of another polypeptide chain, lead to a crosslinking of the collagen fibers according to the invention.
Eine Vernetzung zwischen zwei Kollagenfasern kann erfindungsgemäß auch durch eine Reaktion der Aminogruppen mit Diisocyanaten oder durch die Ausbildung von Acylaziden erfolgen.A crosslinking between two collagen fibers can also be effected according to the invention by a reaction of the amino groups with diisocyanates or by the formation of acyl azides.
Gängig und im Sinne der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist auch die Vernetzung mit Carbodiimiden wie z.B. EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethyl aminopropyl)-carbodiimid) unter Beteiligung von N-Hydroxysuccinimid.Usable for the purposes of the present invention is also the crosslinking with carbodiimides such. EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide) involving N-hydroxysuccinimide.
Erfindungsgemäß sind auch Vernetzungsreaktionen mit homo-bifunktionalen Vernetzungsreagenzien, die mit Aminogruppen reagieren möglich, beispielsweise mit p- Benzochinon, Dimethyladipimidat, Dimethylpimelinidat, Dimethylsuberimidat, 1 ,4- Phenylendiisothiocyanat, Polyoxyethylen-bis (imidazolyl carbonyl), bis[Polyoxyethylen- bis(imidazolyl-carbonyl)] und Suberinsäure-bis(N-hydroxysuccinimidester); ebenso wie der Einsatz eines biologischen Vernetzungsagens, insbesondere mit Enzymen, bevorzugt Transglutaminase, das Peptidketten miteinander verknüpfen kann, oder Lysyl-Oxidasen (EC 1.4.3.13). Weitere Vernetzungsmöglichkeiten sind beispielsweise in der EP-A2-0898973 aufgeführt, auf die hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.Also possible according to the invention are crosslinking reactions with homobifunctional crosslinking reagents which react with amino groups, for example with p-benzoquinone, dimethyl adipimidate, dimethylpimelinidate, dimethyl suberimidate, 1,4-phenylenediisothiocyanate, polyoxyethylene bis (imidazolylcarbonyl), bis [polyoxyethylene bis (imidazolyl) carbonyl)] and suberic acid bis (N-hydroxysuccinimide ester); as well as the use of a biological crosslinking agent, in particular with enzymes, preferably transglutaminase, which can link peptide chains together, or lysyl oxidases (EC 1.4.3.13). Further crosslinking possibilities are listed, for example, in EP-A2-0898973, to which reference is hereby made in its entirety.
Die Gewinnung und Kultivierung der Fibroblasten und Keratinozyten erfolgt nach der Fachwelt bekannten Verfahren, die gemäß den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Hautmodells angepasst werden können.The extraction and cultivation of the fibroblasts and keratinocytes is carried out according to methods known to the experts, which can be adapted according to the desired properties of the skin model to be produced.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus in einer bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass vor, während oder nach der Aussaat der Keratinozyten in Schritt f) zusätzlich zu den erfindungsgemäß eingesetzten Zellen auch andere Zelltypen und/oder andere Zellen anderer Gewebetypen humanen als auch tierischen Ursprungs, z. B. von Säugetieren, und/oder deren Vorläuferzellen auf der Matrix ausgesät werden können, zum Beispiel Melanocyten, Macrophagen, Monocyten, Leukocyten, Plasmazellen, neuronale Zellen, Adipocyten, induzierte und nicht induzierte Vorläuferzellen von Langerhans-Zellen, Langerhans-Zellen sowie andere Immunzellen, Endothelzellen, Zellen aus Tumoren der Haut bzw. hautassoziierter Zellen, insbesondere Sebocyten bzw. Talgdrüsengewebe oder Talgdrüsenexplantate, Zellen der Schweißdrüsen bzw. Schweißdrüsengewebe oder Schweißdrüsenexplantate, Haarfollikelzellen oder Haarfollikelexplantate; sowie Zellen aus Tumoren anderer Organe bzw. aus Metastasen. Die differenzierten Zellen, insbesondere die Melanozyten, können hierbei sowohl aus einer natürlichen Quelle, vorzugsweise einem Säuger, insbesondere Mensch oder Maus, gewonnen werden, oder aber in vitro ausgehend von omni-, pluri- oder multipotenten Vorläuferzellen, vorzugsweise Stammzellen, besonders bevorzugt solchen von Säugern, vor allem ausgehend von embryonalen Stammzellen der Maus, gewonnen werden. Es können auch Stammzellen unterschiedlicher Herkunft, gewebespezifische Stammzellen, embryonale und/oder adulte Stammzellen, in das Hautmodell eingebaut werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit ein organoides in vitro-Hautmodell erhalten, das aus zwei gewebetypischen Schichten, nämlich einem Dermisäquivalent und einem Epidermisäquivalent, aufgebaut ist. Das organotypische Hautmodell entspricht sowohl histologisch als auch funktionell weitgehend der nativen Haut.According to the invention, moreover, it is provided in a preferred embodiment that before, during or after the seeding of the keratinocytes in step f), in addition to the cells used according to the invention, other cell types and / or other cells of other tissue types of human as well as animal origin, eg. Mammalian, and / or progenitor cells thereof can be seeded on the matrix, for example, melanocytes, macrophages, monocytes, leukocytes, plasma cells, neuronal cells, adipocytes, induced and non-induced progenitor cells of Langerhans cells, Langerhans cells, and other immune cells , Endothelial cells, cells from tumors of the skin or skin-associated cells, in particular sebocytes or sebaceous gland tissue or sebaceous glands, cells of the sweat gland or sweat gland tissue or sweat gland explants, hair follicle cells or hair follicle explants; as well as cells from tumors of other organs or from metastases. The differentiated cells, in particular the melanocytes, can in this case be obtained both from a natural source, preferably a mammal, in particular human or mouse, or in vitro from omni-, pluri- or multipotent precursor cells, preferably stem cells, particularly preferably those from Mammals, especially from mouse embryonic stem cells, are obtained. It can also stem different Origin, tissue-specific stem cells, embryonic and / or adult stem cells are incorporated into the skin model. With the aid of the method according to the invention, an organoid in vitro skin model is thus obtained, which is composed of two tissue-typical layers, namely a dermis equivalent and an epidermis equivalent. The organotypical skin model corresponds largely to the native skin both histologically and functionally.
Durch die Vernetzung der Matrix A wird erreicht, dass das auf und in der Matrix B heranwachsende Dermisäquivalent im Verlauf der Kultivierungsdauer keinem oder nur einem sehr geringen Schrumpfungsprozess unterworfen ist. Dadurch werden Hautäquivalente mit definiertem Durchmesser, einheitlicher Oberfläche und einem definierten Abschluss zum Rand des Kulturgefäßes erhalten. Durch die einheitliche Größe und einheitliche Beschaffenheit des als Testoberfläche verwendeten Vollhautmodells (Ganzhautmodells) wird erreicht, dass bei Tests von Substanzen auf pharmakologische und/oder kosmetische Effekte die Qualität der Ergebnisse gesteigert wird und die Testergebnisse reproduzierbarer werden.The crosslinking of the matrix A ensures that the dermis equivalent growing on and in the matrix B is not subject to any or only a very slight shrinkage process in the course of the cultivation period. As a result, skin equivalents are obtained with a defined diameter, uniform surface and a defined degree to the edge of the culture vessel. The uniform size and uniformity of the whole skin model (whole skin model) used as a test surface ensures that when testing substances for pharmacological and / or cosmetic effects, the quality of the results is increased and the test results more reproducible.
Die zur Kultivierung der Fibroblasten vorgesehene vernetzte Matrix B enthält also die zu kultivierenden Fibroblasten und ein aus einer, vorzugsweise frischen, Kollagensuspension menschlichen oder tierischen Ursprungs neu konstituiertes Kollagengerüst mit einer Konzentration von etwa 5 bis 50 mg Kollagen pro ml Matrix, entspr. 0,5 % bis 5 % Kollagen. Bevorzugt ist der Bereich von 8 bis 25, entsprechend 0,8 % bis 2,5 % Kollagen, insbesondere von 8 bis 12 mg Kollagen pro ml Matrix, entsprechend 0,8 % bis 1 ,2 % Kollagen.The cross-linked matrix B intended for cultivating the fibroblasts thus contains the fibroblasts to be cultivated and a collagen scaffold newly constituted from a, preferably fresh, collagen suspension of human or animal origin with a concentration of about 5 to 50 mg collagen per ml matrix, corresponding to 0.5 % to 5% collagen. Preference is given to the range from 8 to 25, corresponding to 0.8% to 2.5% collagen, in particular from 8 to 12 mg collagen per ml matrix, corresponding to 0.8% to 1, 2% collagen.
Das Kollagengerüst wird aus einer, vorzugsweise zellfreien, sauren Suspension von schwer löslichem Kollagen gewonnen, wobei die Proteinkonzentration der Suspension vorzugsweise 5 bis 15 mg/ml, entsprechend 0,5 bis 1 ,5 Gew.-%, beträgt. Der pH-Wert der Kollagenlösung beträgt 0,1 bis 6,9, vorzugsweise 2,0 bis 5,0, bevorzugt 3,0 bis 4,5 und insbesondere 3,5 bis 4,0.The collagen scaffold is obtained from a, preferably cell-free, acidic suspension of sparingly soluble collagen, the protein concentration of the suspension preferably being 5 to 15 mg / ml, corresponding to 0.5 to 1, 5% by weight. The pH of the collagen solution is 0.1 to 6.9, preferably 2.0 to 5.0, preferably 3.0 to 4.5 and especially 3.5 to 4.0.
Zur Kultivierung der Fibroblasten-haltigen Matrix wird die Matrix B mit einer Lösung, enthaltend ein Zellkulturmedium (vorzugsweise DMEM-Zellkulturmedium), Puffer (beispielsweise Hepes-Puffer), Serum (vorzugsweise fötales Kälberserum (FCS), normales Kälberserum (NCS), normales Lammserum (NLS), definiertes Serum oder Serumersatzprodukte) und vorzugsweise 1-6 x 105/Matrix Fibroblasten, insbesondere vorkultivierten Fibroblasten, versetzt.For cultivating the fibroblast-containing matrix, the matrix B is treated with a solution containing a cell culture medium (preferably DMEM cell culture medium), buffer (for example Hepes buffer), serum (preferably fetal calf serum (FCS), normal calf serum (NCS), normal lamb serum (NLS), defined serum or serum replacement products) and preferably 1-6 x 10 5 / matrix fibroblasts, especially precultured fibroblasts.
Zur weiteren Stabilisierung der Matrix B kann Fibronectin und/oder Laminin, vorzugsweise humanes Fibronectin und/oder Laminin, auf die Matrix bzw. in das Kulturmedium gegeben werden. Bei Fibronectinen handelt es sich um in Fibroblasten produzierte Struktur- beziehungsweise Adhäsionsproteine, deren Funktion in vivo in der Bindung an andere Makromoleküle, beispielsweise Kollagen, und in der Anheftung von Zellen an Nachbarzellen besteht. Laminin ist ein Protein der Basalmembran, an das Zellen adhärieren können. Durch die Zugabe von Fibronektinen und/oder Laminin zur Fibroblasten-Kollagenmatrix wird also die Bindung der Fibroblasten sowohl an Kollagen als auch untereinander begünstigt. Beide Proteine können entweder direkt in die Matrix eingearbeitet werden bei deren Herstellung oder nach dem Vernetzungsschritt der Matrix in gelöster Form, z.B. in Kulturmedium gelöst, zugegeben werden. Dies kann vor oder parallel zur Zellaussaat erfolgen.For further stabilization of the matrix B, fibronectin and / or laminin, preferably human fibronectin and / or laminin, can be added to the matrix or into the culture medium. Fibronectins are structural or adhesion proteins produced in fibroblasts, the function of which in vivo consists in binding to other macromolecules, for example collagen, and in attaching cells to neighboring cells. Laminin is a protein of the basement membrane to which cells can adhere. Thus, by adding fibronectins and / or laminin to the fibroblast collagen matrix, the binding of the fibroblasts becomes both favors collagen as well as one another. Both proteins can either be incorporated directly into the matrix during their preparation or after the crosslinking step the matrix can be added in dissolved form, for example dissolved in culture medium. This can be done before or in parallel to cell seeding.
Die anschließende Kultivierung der Fibroblasten in der Kollagenmatrix erfolgt vorzugsweise in Submers-Kultur. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Submers- Kultivierung" oder einer „Submers-Kultur" ein Verfahren zur Kultivierung von Zellen verstanden, wobei die Zellen mit einer Nährlösung bedeckt sind. Die Fibroblasten enthaltende Matrix B wird also bevorzugtermaßen mit Zellkulturmedium überschichtet und im Temperaturbereich von etwa 30 0C bis etwa 40 0C inkubiert.Subsequent cultivation of the fibroblasts in the collagen matrix is preferably carried out in submerged culture. In the context of the present invention, a "submersible culture" or a "submerged culture" is understood to mean a process for cultivating cells, wherein the cells are covered with a nutrient solution. The fibroblast-containing matrix B is thus preferably coated with cell culture medium and incubated in the temperature range from about 30 0 C to about 40 0 C.
Zusätzlich zu der beschriebenen Methode zur Kultivierung eines erfindungsgemäß erhaltenen Vollhautmodells kann das Modell durch Veränderungen der Kultivierungsbedingungen, z.B. durch Mediumkomponenten dahingehend optimiert werden, dass es eine bessere Barrierefunktion erhält, die der in vivo-Situation noch näher kommt. Diese ist wichtig z. B. für die Durchführung von Penetrationsstudien, aber auch für Herstellung von Produkten, die die Barrierefunktion der Haut verbessern. Darüber hinaus gibt es medizinisch relevante Störungen der Barrierefunktion, sei es durch Umweltfaktoren (Kontakt mit Detergenzien) oder genetisch bedingt. Hautmodelle mit optimierter Barrierefunktion wären hier wichtig.In addition to the described method of cultivating a full-skin model obtained according to the invention, the model may be modified by altering culturing conditions, e.g. be optimized by medium components so that it gets a better barrier function, which comes even closer to the in vivo situation. This is important z. B. for the implementation of penetration studies, but also for the production of products that improve the barrier function of the skin. In addition, there are medically relevant disorders of the barrier function, whether due to environmental factors (contact with detergents) or genetically. Skin models with optimized barrier function would be important here.
Die Verbesserung der Barrierefunktion kann durch veränderte Kulturbedingungen (z.B. Luftfeuchte, Temperatur), durch chemische Komponenten im Medium (Ceramide, Vitamin C) oder durch genetisch veränderte Keratinozyten erreicht werden.The improvement of the barrier function can be achieved by changing culture conditions (e.g., humidity, temperature), chemical components in the medium (ceramides, vitamin C), or genetically engineered keratinocytes.
Die Veränderung der Barrierefunktion kann durch die Messung der elektrischen Kapazität der Oberfläche (surface electrical capacitance) gemessen werden.The change of the barrier function can be measured by measuring the surface electrical capacitance.
Ausführliche Angaben zur Verbesserung der Barrierefunktion finden sich beispielsweise in der US- AI -20020168768, auf deren Offenbarung hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.Detailed information on improving the barrier function can be found, for example, in US-A1 -20020168768, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Zur Verbesserung des Fibroblastenwachstums im Dermisäquivalent bzw. im Ganzhautmodell können dem Kulturmedium Faktoren zugefügt werden, die im Falle einer Kokultivierung von Fibroblasten und Keratinozyten von den Keratinozyten freigesetzt werden. Beispielsweise kann der konditionierte Kulturüberstand (d.h. der Mediumüberstand von kultivierten Keratinozyten und/oder Kokulturen von Keratinozyten mit anderen Zelltypen, wie z.B. Endothelzellen, Immunzellen oder Fibroblasten) verwendet werden.In order to improve fibroblast growth in the dermis equivalent or in the whole skin model, factors may be added to the culture medium which are released from the keratinocytes in the case of cocultivation of fibroblasts and keratinocytes. For example, the conditioned culture supernatant (i.e., the supernatant of cultured keratinocytes and / or co-cultures of keratinocytes with other cell types, such as endothelial cells, immune cells, or fibroblasts) can be used.
Die erfindungsgemäße Kokultivierung von dendritischen Zellen mit dem erfindungsgemäßen Hautmodell kann auf verschiedene Weise erfolgen: Die Kokultivierung kann bevorzugt durch Einsaat der dendritischen Zellen vor, während oder nach Schritt e) des Herstellungsverfahrens für die Hautmodelle (bevorzugt Ganz- bzw. Vollhautmodell, Dermisäquivalent, Epidermisäquivalent) erfolgen.The cocultivation of dendritic cells according to the invention with the skin model according to the invention can be carried out in various ways: Cocultivation can preferably be carried out by sowing the dendritic cells before, during or after step e) of the production process for the skin models (preferably whole or full skin model, dermis equivalent, epidermis equivalent).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hautmodelle, insbesondere des Epidermis- und des Vollhautäquivalents, erfolgt die Einsaat der Zellen gemeinsam mit den Keratinozyten in Schritt e. Im Herstellungsverfahren erfolgt dann die Isolierung, Anzucht und Differenzierung der dendritischen Zellen parallel zur Anzucht der Keratinocyten. Nach der Ernte der beiden Zelltypen können diese miteinander gemischt werden. Bevorzugt erfolgt die Mischung beider Zelltypen in einem Verhältnis von 10:1 bis 1 :1 (Keratinozyten zu dendritischen Zellen.According to a preferred embodiment of the skin models according to the invention, in particular the epidermis and the full-skin equivalent, the cells are sown together with the keratinocytes in step e. In the manufacturing process, the isolation, culture and differentiation of the dendritic cells then take place in parallel with the growth of the keratinocytes. After harvesting the two cell types they can be mixed together. The mixture of both cell types preferably takes place in a ratio of 10: 1 to 1: 1 (keratinocytes to dendritic cells.
Die Zellmischung kann nun gemeinsam auf der zweiten Matrix, die im Falle des Ganzhautmodells vorzugsweise mit Fibroblasten vorkultiviert wurde, in Keratinocytenmedium erfolgen. Danach wird die submerse Kultivierung bevorzugterweise fortgesetzt, besonders bevorzugt über 2-7 Tage. Danach wird das Modell vorzugsweise in die Air-Liquid-Interface zur weiteren Differenzierung der Epidermis überführt. Die weitere Kultivierung kann 7-21 Tage betragen.The cell mixture can now be carried out together in keratinocyte medium on the second matrix, which in the case of the whole-skin model was preferably pre-cultured with fibroblasts. Thereafter, the submerged cultivation is preferably continued, more preferably for 2-7 days. Thereafter, the model is preferably transferred to the air-liquid interface for further differentiation of the epidermis. The further cultivation can be 7-21 days.
Die dendritischen Zellen in der Haut kommen überwiegend in der Epidermis vor. Daher ist es vorteilhaft, die Zellen nach (oder gleichzeitig mit) der Aussaat der Keratinozyten in das Hautmodell, insbesondere das Epidermisäquivalent bzw. das Ganzhautmodell, einzusäen.The dendritic cells in the skin occur predominantly in the epidermis. Therefore, it is advantageous to secrete the cells after (or simultaneously with) the seeding of the keratinocytes into the skin model, in particular the epidermis equivalent or the whole skin model.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Einsaat der dendritischen Zellen in das Hautmodell, insbesondere das Epidermisäquivalent bzw. das Ganzhautmodell, nach der Aussaat der Keratinocyten in Keratinocytenmedium auf die zweite Matrix (B). Die Kultivierung der Keratinozyten kann dann weiterhin submers verlaufen.According to another preferred embodiment, the sowing of the dendritic cells into the skin model, in particular the epidermis equivalent or the whole skin model, takes place after the seeding of the keratinocytes in keratinocyte medium onto the second matrix (B). Cultivation of the keratinocytes may then continue to be submerged.
Die dendritischen Zellen können sowohl während der submersen Kulturphase, die bevorzugter Weise 3 bis 7 Tage dauern kann, als auch nach der Überführung in die Air-Liquid Interface stattfinden.The dendritic cells may take place both during the submerged culture phase, which may preferably be 3 to 7 days, and after the transfer into the air-liquid interface.
Besonders bevorzugt werden die Zellen nach der Überführung des Modells in die Air-Liquid- Interface auf die zweite Matrix (B) gesät. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Aussaat der erfindungsgemäß einzusetzenden Zellen, nach 1 bis 3 Tagen nach Überführung des Modells in die Air-Liquid-Interface auf das Modell ausgesät werden.Particularly preferably, after the model has been transferred to the air-liquid interface, the cells are sown onto the second matrix (B). It is very particularly preferred if the sowing of the cells to be used according to the invention are seeded onto the model after 1 to 3 days after transfer of the model into the air-liquid interface.
Eine weitere Möglichkeit zur Kokultivierung des Hautmodells und der dendritischen Zellen besteht darin, dass man das Hautmodell nach den Schritten a bis f herstellt und an der Air-Liquid-Interface weiterkultiviert. Dieses fertige Hautmodell kann nun mit einer Kultur von dendritischen Zellen über ein geeignetes Medium in Kontakt gebracht werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, das Hautmodell, insbesondere das fertig entwickelte Hautmodell, vorzugsweise auf einem geeigneten Träger, in eine mit passendem Zellnährmedium überschichtete Kultur von dendritischen Zellen so einzuführen, das der untere Teil des Hautmodells, bei Ganzhautmodellen insbesondere die Dermis, über die Seite, insbesondere aber nur über den Boden, der bevorzugt über eine Membran in Kontakt mit dem Medium steht, mit den Zellen in Kontakt kommt.Another way to co-cultivate the skin model and the dendritic cells is to prepare the skin model according to steps a to f and cultivate further on the air-liquid interface. This finished skin model can now be contacted with a culture of dendritic cells via a suitable medium. It is particularly preferred to introduce the skin model, in particular the finished skin model, preferably on a suitable carrier, into a culture of dendritic cells overlaid with suitable cell nutrient medium, the lower part of the skin model, in the case of whole skin models in particular the dermis, over the side but in particular only over the soil, which is preferably in contact with the medium via a membrane, which comes into contact with the cells.
Die dendritischen Zellen können dabei auch statt in einer normalen Zellkultur in einem Gel vorliegen. Bevorzugt werden Kollagen-, Agarose- oder Fibringele verwendet, besonders bevorzugtThe dendritic cells can also be present in a gel instead of in a normal cell culture. Preferably, collagen, agarose or fibrin gels are used, more preferably
Kollagengele.Collagen gels.
Dabei werden die Zellen in eine noch nicht oder nicht vollständig gelierte Gellösung eingerührt.The cells are stirred into a not yet or not completely gelled gel solution.
Das Gel wird in eine Form gegossen und gelieren gelassen. Kollagengelen gelieren beispielsweise durch Erwärmen auf etwa 37 °C (z.B. im Brutschrank).The gel is poured into a mold and allowed to gel. For example, collagen gels gel by heating to about 37 ° C (e.g., in the incubator).
Das die Zellen enthaltene Gel wird bevorzugt in einem Kokulturinsert auf eine Membran, die bevorzugt porös ist und/oder aus polymerem Material hergestellt wird, hineingegossen oder hineingesetzt. Auf das Gel kann nun das Hautmodell direkt platziert werden. Das Kokulturinsert wird in ein Kulturgefäß mit Kulturmedium eingesetzt. Die Zellen im Gel haben dabei keinen direkten Kontakt mit den Zellen im Hautmodell, können aber Botenstoffe und andere Substanzen austauschen.The gel containing the cells is preferably poured or placed in a co-culture insert on a membrane, which is preferably porous and / or made of polymeric material. The skin model can now be placed directly on the gel. The Kokulturinsert is used in a culture vessel with culture medium. The cells in the gel have no direct contact with the cells in the skin model, but can exchange messengers and other substances.
Vorteilhafterweise können die dendritischen Zellen bei dieser Methode nach Abschluss des Experimentes einfacher geerntet und für weitere Analysen aufbereitet werden.Advantageously, the dendritic cells can be harvested easier in this method after completion of the experiment and processed for further analysis.
Das so erhaltene Hautmodell kann für Screening- und Diagnoseverfahren verwendet werden, insbesondere zur Untersuchung der Wirkungen chemischer Substanzen, Pflanzenextrakten und Metallen, beispielsweise potentieller Arzneimittel oder Bestandteile von Kosmetika, oder anderer Agenzien (physikalische Größen), wie Licht oder Wärme, Radioaktivität, Schall, elektomagnetische Strahlung, elektrische Felder und auch zur Untersuchung der Phototoxizität, also der schädigenden Wirkung von Licht unterschiedlicher Wellenlänge, auf Zellstrukturen. Das erfindungsgemäß hergestellte Dermisäquivalent kann auch zur Untersuchung der Wundheilung eingesetzt werden. Es eignet sich auch zur Untersuchung der Wirkung von Gasen, Aerosolen, Rauch, Stäuben auf die Zellstrukturen bzw. den Stoffwechsel oder die Genexpression.The skin model thus obtained may be used for screening and diagnostic procedures, in particular for investigating the effects of chemical substances, plant extracts and metals, for example, potential drugs or components of cosmetics, or other agents (physical quantities), such as light or heat, radioactivity, sound, Electromagnetic radiation, electric fields and also for the investigation of phototoxicity, ie the damaging effect of light of different wavelengths, on cell structures. The dermis equivalent prepared according to the invention can also be used to investigate wound healing. It is also suitable for investigating the effect of gases, aerosols, smoke, dusts on cell structures or metabolism or gene expression.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „Agens" oder „Agenzien" insbesondere auf die Haut oder Hautzellen wirkende physikalische Mittel wie Licht, Wärme, oder ähnliches, verstanden. Die Erfindung betrifft daher auch Screening- und Diagnoseverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Hautmodellen. Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung umfasst die Behandlung des Hautmodellen in An- und Abwesenheit der zu untersuchenden Substanz und/oder des zu untersuchenden Agens und den Vergleich der beobachteten Auswirkungen auf die Zellen oder Zellbestandteile des Dermisäquivalents.In the context of the present invention, the term "agent" or "agents" is understood to mean, in particular, physical agents acting on the skin or skin cells, such as light, heat, or the like. The invention therefore also relates to screening and diagnostic methods using the skin models produced according to the invention. A preferred embodiment of the invention comprises the treatment of the skin models in the presence and absence of the substance to be investigated and / or the agent to be examined and the comparison of the observed effects on the cells or cell components of the dermis equivalent.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Untersuchung der Penetration von Substanzen unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Hautmodellen, insbesondere und unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Ganzhautmodells, das aus einem Dermisäquivalent und einem Epidermisäquivalent besteht.A further preferred embodiment of the invention comprises a method for investigating the penetration of substances using the skin models produced according to the invention, in particular and using a whole skin model according to the invention which consists of a dermis equivalent and an epidermis equivalent.
Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Hautmodell, bevorzugt das erfindungsgemäße Ganzhautmodell, zur Untersuchung solcher Substanzen, für die ein Verdacht auf eine sensibilisierende bzw. allergieauslösende Wirkung besteht.In particular, the skin model according to the invention, preferably the whole skin model according to the invention, is suitable for the investigation of such substances for which there is a suspicion of a sensitizing or allergy-inducing effect.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Dermisäquivalentes verwendet.According to a preferred embodiment, the method according to the invention is used to produce a dermis equivalent.
Dabei werden die Fibroblasten in der Matrix B so kultiviert, dass anschließend ein Dermisäquivalent gewonnen werden. Dies geschieht vorzugsweise durch ein Verfahren zur Herstellung eines Dermisäquivalentes, das dadurch gekennzeichnet ist, dass manThe fibroblasts are cultivated in matrix B in such a way that a dermis equivalent is subsequently obtained. This is preferably done by a process for the preparation of a dermis equivalent, which is characterized in that
a. aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b. das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c. die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d. die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e. Fibroblasten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt und schließlich f. die in und auf der Matrix B wachsenden Fibroblasten bis zur vollständigen Ausbildung des Dermisäquivalentes weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach der Einsaat der Zellen in Schritt e. dendritische Zellen mit dem Dermisäquivalent kokultiviert.a. collagen that is difficult to dissolve from collagen-containing tissue, b. the sparingly soluble collagen is transferred by means of a mixing device into a homogeneous collagen suspension, c. the collagen suspension is lyophilized to produce a first matrix A, i. subjecting the first matrix A to cross-linking and thus creating a second, mechanically stabilized matrix B, e. The fibroblasts are seeded on the second matrix B and allowed to grow, and finally f. the fibroblasts growing in and on matrix B are further cultured until complete development of the dermis equivalent, before, during or after the seeding of the cells in step e. cocultivated dendritic cells with the dermis equivalent.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Dermisäquivalent" eine Bindegewebe-artige Schicht aus Kollagen und Fibroblasten verstanden, die weitgehend der nativen Dermis entspricht.In the context of the present invention, a "dermis equivalent" is understood to mean a connective tissue-like layer of collagen and fibroblasts that largely corresponds to the native dermis.
Besonders geeignet zur Herstellung eines Ganzhautmodells ist ein Verfahren einzusetzen, in dem man a) aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b) das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c) die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d) die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e) Fibroblasten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt, f) Keratinozyten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt und schließlich g) die in und auf der Matrix B wachsenden Zellen bis zur vollständigen Ausbildung des dermalen und des epidermalen Teils des Ganzhautmodells weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach Einsaat der Zellen in Schritt e oder Schritt f dendritische Zellen mit dem Hautmodell kokultiviert.Particularly suitable for the production of a whole skin model is to use a method in which a) from collagen-containing tissue sparingly soluble collagen, b) converting the sparingly soluble collagen into a homogeneous collagen suspension by means of a mixing device, c) lyophilizing the collagen suspension and thus producing a first matrix A, d) subjecting the first matrix A to cross-linking and thus producing a second, mechanically stabilized matrix B, e) F) festoon and grow fibroblasts onto the second matrix B, f) nucleate and grow keratinocytes on the second matrix B, and finally g) further cultivate the cells growing in and on the matrix B until complete formation of the dermal and epidermal part of the whole skin model in which cocultivation with the skin model before, during or after seeding of the cells in step e or step f dendritic cells.
Besonders bevorzugt ist es, die Einsaat der dendritischen Zellen vor, während oder nach der Einsaat der Keratinozyten in Schritt f vorzunehmen.It is particularly preferred to carry out the sowing of the dendritic cells before, during or after the sowing of the keratinocytes in step f.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft auch ein vorgenanntes Verfahren zur Kultivierung dermaler Fibroblasten und epidermaler Keratinozyten in einer Matrix zur Herstellung eines aus Dermisäquivalent und Epidermisäquivalent bestehenden Ganzhautäquivalentes. Dabei werden ein bis drei Wochen, vorzugsweise 10 bis 14 Tage, nach der vorstehend beschriebenen Herstellung und Inkubation der Fibroblasten enthaltenden Kollagen- Matrix Keratinozyten auf die Matrix ausgesät.A particularly preferred embodiment of the invention also relates to an aforementioned method of culturing dermal fibroblasts and epidermal keratinocytes in a matrix to produce a dermis equivalent and epidermis equivalent equivalent whole skin equivalent. Here, one to three weeks, preferably 10 to 14 days, after the preparation and incubation of the fibroblast-containing collagen matrix keratinocytes are seeded on the matrix.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter „Keratinozyten" Zellen der Epidermis, die verhornendes Plattenepithel bilden, gentechnisch veränderte Keratinozyten oder aus Spontanmutationen hervorgegangene Keratinozyten oder deren Vorläufer verstanden, die tierischer oder menschlicher Herkunft sein können. Da die Ausbildung einer gut differenzierten Epidermis mit intakter Verhornung in starkem Maße vom Anteil basaler Stammzellen in den verwendeten Keratinozyten abhängt, kann es sich bei den gemäß Schritt f) des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Matrix ausgesäten Keratinozyten um weitgehend undifferenzierte Keratinozyten-Stammzellen aus humanem Biopsiegewebe handeln. Es ist aber auch möglich, Zelllinien oder bestimmte differenzierte Zellen einzusetzen. Alternativ zu den normalen Haut-Keratinozyten können auch Schleimhautkeratinocyten oder Darmepithelzellen auf die Matrix aufgebracht werden:In the context of the present invention, "keratinocytes" are understood to mean cells of the epidermis which form keratinized squamous epithelium, genetically modified keratinocytes or spontaneous mutant keratinocytes or their precursors which may be of animal or human origin If keratinocytes depend strongly on the proportion of basal stem cells in the keratinocytes used, the keratinocytes seeded on the matrix according to the method according to the invention may be largely undifferentiated keratinocyte stem cells from human biopsy tissue, but it is also possible to use cell lines or use certain differentiated cells Alternatively to normal skin keratinocytes, mucosal keratinocytes or intestinal epithelial cells may also be applied to the matrix:
Vorzugsweise handelt es sich dabei um vorkultivierte Zellen, besonders bevorzugt um Keratinozyten in der ersten oder in der zweiten Zellpassage, es ist aber auch der Einsatz von Zellen aus höheren Passagen möglich.Preferably, these are pre-cultured cells, particularly preferably keratinocytes in the first or in the second cell passage, but it is also possible to use cells from higher passages.
Die Aussaat der Keratinozyten auf die Matrix erfolgt vorzugsweise in einem Zellkulturmedium, besonders bevorzugt in DMEM/F12-Medium das etwa 1 bis 30 % fötales Kälberserum, NCS, definiertes Serum oder Serumersatzprodukte und verschiedene Additive in wechselnden Konzentrationen enthält, die die Proliferation und Differenzierung der Zellen fördern. Anschließend wird die Matrix bevorzugtermaßen mit DMEM-Medium, enthaltend insbesondere EGF aus der Maus oder auch vergleichbare Präparate aus anderen Tieren, epidermalen Wachstumsfaktor (hEGF) (z. B. in einer Konzentration von 0,2 μg/l Medium), und beispielsweise 0,8 mM CaCI2, überschichtet und einer vorzugsweise 1 - bis 10-tägigen, vorzugsweise 3- bis 7-tägigen Submers- Kultivierung unterworfen.The seeding of the keratinocytes onto the matrix is preferably carried out in a cell culture medium, more preferably in DMEM / F12 medium, the approximately 1 to 30% fetal calf serum, NCS, containing defined serum or serum replacement products and various additives in varying concentrations that promote cell proliferation and differentiation. Subsequently, the matrix is preferably supplemented with DMEM medium containing in particular EGF from the mouse or comparable preparations from other animals, epidermal growth factor (hEGF) (eg in a concentration of 0.2 μg / l medium), and for example 0 , 8 mM CaCl 2 , and subjected to preferably 1 to 10 days, preferably 3 to 7 days Submers cultivation.
Eine vollständige Differenzierung der Keratinozytenschichten wird beispielsweise durch eine Airlift- Kultur (Air-liquid-Interface-Kultur) in DMEM ohne hEGF und BPE (bovine pituitary extract) erreicht. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Airlift-Kultur" eine Kultur verstanden, wobei die Höhe des Nährmedienspiegels genau auf die Höhe der Matrix abgestimmt ist, während die Keratinozyten oder durch die Keratinozyten gebildeten Zellschichten über dem Nährmedienspiegel liegen und vom Nährmedium nicht bedeckt werden, das heisst die Kultivierung erfolgt an der Grenzschicht Luft-Nährmedium, wobei die Versorgung der Kulturen von unten her erfolgt. Dazu werden z. B. die Hautmodelle aus einer Mikrotiterplatte gehoben und auf Filterpapiere gesetzt, die auf metallenen Abstandshaltern in Kulturgefäßen ruhen. Das Medium wird in den Kulturgefäßn so hoch eingefüllt, dass es das Filterpapier nicht vollständig bedeckt, dass aber ein Flüssigkeitskragen um die Basis der Hautmodelle vorhanden ist (Air-Liquid-Interface). Der Zeitraum der Airlift-Kultur kann durch den Fachmann in gewünschter Weise variiert werden. Typischerweise beträgt er etwa 1 bis 4 Wochen. Während dieses Zeitraumes entwickelt sich ein hauttypisches, aus Dermisäquivalent und Epidermisäquivalent bestehendes in vitro-Vollhautmodell.Complete differentiation of the keratinocyte layers is achieved, for example, by airlift culture in DMEM without hEGF and BPE (bovine pituitary extract). In the context of the present invention, an "airlift culture" is understood to mean a culture in which the level of the nutrient medium level is precisely matched to the height of the matrix, while the keratinocytes or cell layers formed by the keratinocytes are above the nutrient medium level and are not covered by the nutrient medium Cultivation takes place at the boundary layer air-nutrient medium, whereby the supply of the cultures takes place from below, for example the skin models are lifted out of a microtiter plate and placed on filter papers resting on metal spacers in culture vessels Medium is filled in the culture vessels so high that it does not completely cover the filter paper, but there is a liquid collar around the base of the skin models (air-liquid interface) The period of the airlift culture can be varied as desired by one skilled in the art It is typically about 1 to 4 weeks. During this period, a typical dermis equivalent and epidermic equivalent dermal skin model is developed.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines in vitro-Ganzhautmodells kann vorteilhafterweise so modifiziert werden, dass vor, während oder nach der Aussaat von Keratinozyten weitere Zelltypen, wie Melanocyten, Macrophagen, Monocyten, Leukocyten, Plasmazellen, neuronale Zellen, Adipocyten, induzierte und nicht induzierte Vorläuferzellen von Langerhans-Zellen, Langerhans-Zellen andere Immunzellen, Endothelzellen sowie Zellen aus Tumoren der Haut bzw. hautassoziierter Zellen auf der Matrix ausgesät und weiter kultiviert werden können. Die genannten Zellen können sowohl humanen als auch tierischen Ursprungs sein.The method according to the invention for the production of an in-vitro whole skin model can advantageously be modified such that before, during or after the seeding of keratinocytes further cell types, such as melanocytes, macrophages, monocytes, leukocytes, plasma cells, neuronal cells, adipocytes, induced and uninduced precursor cells Langerhans cells, Langerhans cells other immune cells, endothelial cells and cells from tumors of the skin or skin-associated cells can be seeded on the matrix and further cultured. The cells mentioned can be of both human and animal origin.
Die Erfindung betrifft daher auch ein hauttypisches in vitro-Vollhautmodell (Ganzhautmodell), insbesondere ein humanes in vitro-Vollhautmodell, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde und das im epidermalen Anteil mindestens eine proliferative Zellschicht, einige differenzierende Zellschichten und mindestens eine verhornte Zellschicht umfasst, wobei das Epidermisäquivalent Stratum basale, Stratum spinosum, Stratum granulosum und Stratum corneum umfasst und wobei zwischen dem Dermisäquivalent und dem Epidermisäquivalent eine Basalmembran, bestehend aus den charakteristischen BM-Proteinen wie beispielsweise Laminin und Kollagen IV enthalten ist und wobei darüber hinaus hauttypische Proteine wie Transglutaminase, Involucrin, Kollagen IV, Laminin, Filaggrin, Fibronectin, Ki-67, Cytokeratin 10 und insbesondere Elastin exprimiert werden.The invention therefore also relates to a skin-specific in vitro full skin model (whole skin model), in particular a human in vitro full skin model, which was produced by the method according to the invention and an optionally subsequent and / or preceding cultivation method of conventional type and which in the epidermal portion at least one proliferative cell layer , some differentiating cell layers and at least one keratinized cell layer, wherein the epidermal equivalent comprises stratum basale, stratum spinosum, stratum granulosum and stratum corneum and wherein between the dermis equivalent and the epidermis equivalent a basement membrane consisting of the characteristic BM proteins such as laminin and collagen IV is included and moreover skin typical Proteins such as transglutaminase, involucrin, collagen IV, laminin, filaggrin, fibronectin, Ki-67, cytokeratin 10 and especially elastin can be expressed.
Der Stressmarker Cytokeratin 6 wird hierbei jedoch nur in geringem Umfang exprimiert, was darauf hindeutet, das sich die Zellen in dem erfindungsgemäßen in vitro-Vollhautmodell in einem relativ stressarmen Zustand befinden. Starke CK6 -Expression findet man in der Haut z.B. während der Wundheilung bzw. Regeneration.However, the stress marker cytokeratin 6 is expressed only to a small extent, which indicates that the cells in the in vitro full-skin model according to the invention are in a relatively low-stress state. Strong CK6 expression is found in the skin, e.g. during wound healing or regeneration.
Das proliferative Verhalten sowie die Differenzierung der dermalen und epidermalen Zellen kann durch das Anlegen von elektrischen bzw. elektromagnetischen Feldern an das Dermismodell oder Vollhautmodell während der Kultivierungsphase modifiziert werden.The proliferative behavior as well as the differentiation of the dermal and epidermal cells can be modified by the application of electrical or electromagnetic fields to the dermis model or full skin model during the cultivation phase.
Aufgrund der Komplexität des hergestellten Hautmodells kann dieses gezielt für verschiedene Fragestellungen der chemisch-pharmazeutischen Industrie und der kosmetischen Industrie verwendet werden. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäß hergestellte Hautäquivalent zur Produktprüfung, beispielsweise im Hinblick auf Wirksamkeit, unerwünschte Nebenwirkungen, beispielsweise Reiz-, Toxizitäts- und Entzündungswirkungen oder allergieauslösende Wirkungen, oder Verträglichkeit von Substanzen. Dabei kann es sich um Substanzen handeln, die potentielle Verwendung als Arzneimittel, insbesondere als Dermatika, finden sollen, oder um Substanzen, die Bestandteil von Kosmetika sind, oder auch um Konsumgüter, die mit der Haut in Berührung kommen, wie z.B. Waschmittel etc.Due to the complexity of the skin model produced this can be used specifically for various issues of the chemical-pharmaceutical industry and the cosmetics industry. In particular, the skin equivalent produced according to the invention is suitable for product testing, for example with regard to efficacy, undesired side effects, for example irritation, toxicity and inflammation effects or allergenic effects, or compatibility of substances. These may be substances which are to find potential use as medicaments, in particular as dermatics, or substances which are part of cosmetics, or also consumer goods which come into contact with the skin, such as e.g. Detergent etc.
Das erfindungsgemäß hergestellte Hautäquivalent kann beispielsweise auch für Studien zur Resorption, zum Transport und/oder zur Penetration von Substanzen verwendet werden. Darüber hinaus eignet es sich auch zur Untersuchung anderer Agenzien (physikalische Größen), wie Licht oder Wärme, Radioaktivität, Schall, elektromagnetische Strahlung, elektrische Felder beispielsweise zur Untersuchung der Phototoxizität, also der schädigenden Wirkung von Licht unterschiedlicher Wellenlänge, auf Zellstrukturen. Das erfindungsgemäß hergestellte Hautäquivalent kann auch zur Untersuchung der Wundheilung eingesetzt werden. Es eignet sich auch zur Untersuchung der Wirkung von Gasen, Aerosolen, Rauch, Stäuben auf die Zellstrukturen bzw. den Stoffwechsel oder die Genexpression.The skin equivalent produced according to the invention can also be used, for example, for studies on the absorption, transport and / or penetration of substances. In addition, it is also suitable for the examination of other agents (physical quantities), such as light or heat, radioactivity, sound, electromagnetic radiation, electric fields, for example for the investigation of phototoxicity, ie the damaging effect of light of different wavelengths, on cell structures. The skin equivalent produced according to the invention can also be used to investigate wound healing. It is also suitable for investigating the effect of gases, aerosols, smoke, dusts on cell structures or metabolism or gene expression.
Die Wirkungen von Substanzen oder Agenzien auf menschliche Haut lassen sich beispielsweise anhand der Freisetzung von Stoffen, beispielsweise Cytokinen oder Mediatoren, durch Zellen des humanen oder tierischen Hautmodellsystems, sowie der Wirkungen auf Genexpression, Stoffwechsel, Proliferation, Differenzierung und Reorganisation dieser Zellen ermitteln. Unter Verwendung von Verfahren zur Quantifizierung der Zellschädigung, insbesondere unter Verwendung eines Vitalfarbstoffes, wie eines Tetrazoliumderivates, können beispielsweise cytotoxische Wirkungen auf Hautzellen nachgewiesen werden. Die Tests von Substanzen oder Agenzien an dem erfindungsgemäßen humanen Hautäquivalent können sowohl histologische Verfahren als auch immunologische und/oder molekularbiologische Verfahren umfassen.The effects of substances or agents on human skin can be determined, for example, by the release of substances, for example cytokines or mediators, by cells of the human or animal skin model system, as well as the effects on gene expression, metabolism, proliferation, differentiation and reorganization of these cells. Using methods of quantifying cell damage, particularly using a vital dye, such as a tetrazolium derivative, cytotoxic effects on skin cells, for example, can be detected. The tests of substances or Agents on the human dermal equivalent according to the invention may comprise both histological methods and immunological and / or molecular biological methods.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst daher Verfahren zur Untersuchung der Wirkung, insbesondere der pharmakologischen Wirkungen, von Substanzen oder Agenzien auf menschliche Haut unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten humanen Hautmodells, insbesondere eines Ganzhautmodells. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird dabei ein XTT-Tetrazoliumreduktionstest (EZ4U-Test) oder Alamar Blue (Resazurinreduktionstest, Fa. Promega) durchgeführt. EZ4U ist ein nicht-toxisches wasserlösliches gelbes Tetrazoliumsalz, das von lebenden Zellen zu intensiv gefärbten Formazanen reduziert werden kann. Die Reduktion erfordert intakte Mitochondrien und der Test kann daher zum Nachweis der Vitalität von Zellen eingesetzt werden. Erfindungsgemäß einsetzbare Vitalitätsassays, die auch auf der Basis von Tetrazoliumverbindungen ruhen, sind z. B. der MTT-, MTS- bzw. der WST-1 -Test. Diese werden als Testkits u. a. von der Firma Roche angeboten. Der Nachweis der Vitalität der Zellen kann auch über die Freisetzung der Lactatdehydrogenase (LDH) aus Zellen mit geschädigter Zellmembran erfolgen. Mit Trypanblau können Zellen mit geschädigter Zellmembran selektiv angefärbt werden.A preferred embodiment of the invention therefore comprises methods for investigating the effect, in particular the pharmacological effects, of substances or agents on human skin using the human skin model produced according to the invention, in particular a whole-skin model. In a particularly preferred embodiment, an XTT-tetrazolium reduction test (EZ4U test) or Alamar Blue (resazurin reduction test, Fa. Promega) is carried out. EZ4U is a non-toxic water soluble yellow tetrazolium salt that can be reduced from living cells to intensely colored formazans. The reduction requires intact mitochondria and the test can therefore be used to demonstrate the vitality of cells. Vitality assays which can be used according to the invention and which also rest on the basis of tetrazolium compounds are, for example, As the MTT, MTS or the WST-1 test. These are used as test kits u. a. offered by the company Roche. The detection of the vitality of the cells can also be carried out via the release of lactate dehydrogenase (LDH) from cells with damaged cell membrane. With trypan blue cells with damaged cell membrane can be selectively stained.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Untersuchung der Penetration von Substanzen, wobei sowohl ein erfindungs-gemäß hergestelltes Dermisäquivalent als auch ein erfindungsgemäß hergestelltes Hautäquivalent mit den zu untersuchenden Substanzen behandelt werden und die bei beiden Systemen erhaltenen Ergebnisse miteinander verglichen werden.A further preferred embodiment of the invention comprises a method for investigating the penetration of substances, wherein both a dermis equivalent produced according to the invention and a skin equivalent produced according to the invention are treated with the substances to be investigated and the results obtained in both systems are compared with one another.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Wirkungen chemischer Substanzen oder anderer Agenzien auf spezielle Hauttypen untersucht. Dabei werden Zellen definierter Hauttypen, beispielsweise Hauttypen mit wenig Pigmenten und/oder Hauttypen mit vielen Pigmenten, zur Etablierung erfindungsgemäßer Hautäquivalente eingesetzt und diese werden im Hinblick auf die Wirkung von Substanzen oder Agenzien getestet.In a particularly preferred embodiment of the invention, the effects of chemical substances or other agents on specific skin types are examined. In this case, cells of defined skin types, for example skin types with few pigments and / or skin types with many pigments, are used to establish skin equivalents according to the invention and these are tested with regard to the effect of substances or agents.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäß hergestellte Hautäquivalent als Modellsystem zu Untersuchungen von Hautkrankheiten und zur Entwicklung neuer Behandlungsmöglichkeiten für Hautleiden verwendet. Beispielsweise können Zellen von Patienten mit einer bestimmten genetisch bedingten oder erworbenen Hautkrankheit verwendet werden, um daraus patientenspezifische Hautmodellsysteme zu etablieren und daran die Wirksamkeit bestimmter Therapien und/oder Medikamente zu untersuchen und zu beurteilen.In a further particularly preferred embodiment of the invention, the skin equivalent produced according to the invention is used as a model system for studies of skin diseases and for the development of new treatment options for skin conditions. For example, cells from patients with a particular genetic or acquired skin disease can be used to establish patient-specific skin model systems and to examine and evaluate the efficacy of particular therapies and / or drugs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäß hergestellte Hautäquivalent mit Mikroorganismen, insbesondere pathogenen Mikroorganismen besiedelt werden. Insbesondere bevorzugt ist eine Besiedelung mit pathogenen oder parasitären, insbesondere auch humanpathogenen Mikroorganismen. Unter Mikroorganismen sind im erfindungsgemäßen Sinne insbesondere Pilze, Bakterien und Viren zu verstehen.According to a preferred embodiment, the skin equivalent produced according to the invention can be colonized with microorganisms, in particular pathogenic microorganisms. Particularly preferred is a colonization with pathogenic or parasitic, especially human pathogenic microorganisms. In the sense of the invention, microorganisms are to be understood as meaning, in particular, fungi, bacteria and viruses.
Bevorzugt sind die Mikroorganismen dabei ausgewählt aus Pilzen oder pathogenen und/oder parasitären Bakterien. Insbesondere bevorzugt sind als Pilze die Spezies der Gattung Candida, Malassezia und Trichophyton, insbesondere bevorzugt Candida albicans, Trichophyton mentagrophytes und Malassezia furfur. Als pathogene und/oder parasitäre Bakterien sind insbesondere Staphylococcus aureus bevorzugt.The microorganisms are preferably selected from fungi or pathogenic and / or parasitic bacteria. Particularly preferred fungi are the species of the genus Candida, Malassezia and Trichophyton, more preferably Candida albicans, Trichophyton mentagrophytes and Malassezia furfur. As pathogenic and / or parasitic bacteria Staphylococcus aureus are particularly preferred.
Mit einem solchermaßen besiedelten Hautäquivalent kann sowohl der Prozess der Besiedelung, insbesondere der Infektionsprozess, durch den Mikroorganismus selbst als auch die Antwort der Haut auf diese Besiedelung untersucht werden.With such a settled skin equivalent, both the process of colonization, in particular the infection process, by the microorganism itself as well as the response of the skin to this colonization can be examined.
Weiterhin ist es mit einem solchen Hautäquivalent möglich, die Wirkung von vor, während oder nach der Besiedelung aufgebrachten Substanzen auf die Besiedelung selbst oder auf die Auswirkungen der Besiedelung auf das Hautäquivalent zu untersuchen.Furthermore, with such a skin equivalent it is possible to study the effect of substances applied before, during or after the colonization on the colonization itself or on the effects of the colonization on the skin equivalent.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Epidermisäquivalentes verwendet. Dies gelingt, in dem man a) aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b) das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c) die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d) die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e) Keratinozyten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt und schließlich f) die in und auf der Matrix B wachsenden Keratinozyten bis zur vollständigen Ausbildung des Epidermisäquivalentes weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach der Einsaat der Keratinozyten in Schritt e dendritische Zellen mit dem Epidermisäquivalent kokultiviert.According to a preferred embodiment, the method of the invention is used to produce an epidermis equivalent. This can be achieved by a) recovering collagen which is sparingly soluble from collagen-containing tissue, b) converting the sparingly soluble collagen into a homogeneous collagen suspension by means of a mixing device, c) lyophilizing the collagen suspension and thus producing a first matrix A, d) the first matrix A. cross-linking to produce a second, mechanically stabilized matrix B, e) nucleating and growing keratinocytes on the second matrix B, and finally f) further culturing the keratinocytes growing in and on the matrix B until complete formation of the epidermis equivalent; Before, during or after sowing of the keratinocytes in step e dendritic cells are cocultivated with the epidermis equivalent.
In diesem Fall werden - anders als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Ganzhautmodells - nur Keratinozyten auf die Matrix ausgesät, die als Gerüst bzw. Träger für das Epidermismodell fungiert, und unter solchen Bedingungen kultiviert, dass die Keratinozyten zunächst proliferieren und sich dann so differenzieren, dass eine aus allen 4 Schichten bestehende Epidermis gebildet wird. Die Matrix wird vorzugsweise mit Proteinen der extrazellulären Matrix bzw. der Basalmembran vorbehandelt, um eine bessere Adhäsion der Keratincoyten an das Matrixmaterial zu erreichen und um den Zellen die durch diese Proteine vermittelten Signale zu bieten. Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Proteine sind Kollagen IV bzw. Kollagene anderer Typen, Fibronectin und Laminin. Das so gebildete Epidermismodell ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung und kann wie das Vollhautmodell auch für vielseitige Tests eingesetzt werden.In this case, unlike the method according to the invention for the production of the whole-skin model, only keratinocytes are seeded onto the matrix, which acts as a framework or support for the epidermis model, and cultured under such conditions that the keratinocytes first proliferate and then differentiate in that an epidermis consisting of all 4 layers is formed. The matrix is preferably pretreated with extracellular matrix or basement membrane proteins to provide better adhesion of the keratinocytes to the matrix material and to provide the cells with the signals mediated by these proteins. Examples of proteins suitable according to the invention are collagen IV or collagens of other types, fibronectin and laminin. The epidermis model thus formed is another object of the present invention and like the full-skin model can also be used for versatile tests.
Bevorzugte Zellkulturmedien sind DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), RPMI 1640, M199 und Ham's F12-Medium. Jedoch kann auch jedes andere beliebige Zellkulturmedium verwendet werden, welches die Kultivierung von Fibroblasten ermöglicht. Als Serum wird vorzugsweise fötales Kälberserum (FCS), aber auch NCS sowie Serumersatzprodukte verwendet und als Puffer zum Beispiel Hepes-Puffer. Der pH-Wert der Lösung aus Zellkulturmedium, Puffer und Serum beträgt in bevorzugter Ausführung 6,0 bis 8,0, beispielsweise 6,5 bis 7,5, insbesondere 7,0Preferred cell culture media are DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), RPMI 1640, M199 and Ham's F12 medium. However, any other cell culture medium that facilitates the cultivation of fibroblasts can also be used. The serum used is preferably fetal calf serum (FCS), but also NCS and serum replacement products, and as buffer, for example, Hepes buffer. The pH of the solution of cell culture medium, buffer and serum in a preferred embodiment is 6.0 to 8.0, for example 6.5 to 7.5, in particular 7.0
Erfindungsgemäß kann das Medium weitere Faktoren, beispielsweise Hormone, Wachstumsfaktoren, Adhäsionsmittel, Antibiotika, Selektionsmittel, Enzyme und Enzyminhibitoren und ähnliche enthalten.According to the invention, the medium may contain other factors, for example hormones, growth factors, adhesives, antibiotics, selection agents, enzymes and enzyme inhibitors and the like.
Zur Verbesserung des Keratinozytenwachstums im Epidermisäquivalent können dem Kulturmedium Faktoren zugefügt werden, die im Falle einer Kokultivierung von Fibroblasten und Keratinozyten von den Fibroblasten freigesetzt werden. Beispielsweise kann der konditionierte Kulturüberstand (d.h. der Mediumüberstand von kultivierten Fibroblasten und/oder Kokulturen von Fibroblasten mit anderen Zelltypen, wie z.B. Endothelzellen, Immunzellen oder Keratinozyten) verwendet werden.To improve keratinocyte growth in the epidermis equivalent, factors may be added to the culture medium which are released from the fibroblasts in the event of cocultivation of fibroblasts and keratinocytes. For example, the conditioned culture supernatant (i.e., the supernatant of cultured fibroblasts and / or cocultures of fibroblasts with other cell types, such as endothelial cells, immune cells, or keratinocytes) can be used.
Das Hautmodell kann genutzt werden, indem insbesondere zu testende Substanzen topisch auf die Oberfläche des HM appliziert werden. Die Expression von Oberflächenmarkern in den dendritischen Zellen kann dazu genutzt werden, die sensibilisierenden bzw. allergieauslösenden Eigenschaften der aufgetragenen Substanzen zu evaluieren.The skin model can be used by topically applying in particular substances to be tested to the surface of the HM. The expression of surface markers in the dendritic cells can be used to evaluate the sensitizing or allergenic properties of the applied substances.
Um die dendritischen Zellen zu untersuchen und ggf. eine Stimulierung, also den Kontakt mit einer sensibilisierenden Substanz, nachweisen zu können, werden die Zellen bevorzugt aus dem Hautmodell herausgelöst.In order to examine the dendritic cells and, if necessary, to be able to detect a stimulation, ie contact with a sensitizing substance, the cells are preferably removed from the skin model.
Für die Analyse der Epidermis von Vollhautmodellen und Epidermisäquivalenten inkubiert man diese bevorzugt mit Thermolysin, bis sich die Epidermis von der Dermis bzw. Matrix löst. Anschließend dissoziiert man die Epidermis durch Behandlung mit Enzymen, bevorzugt proteolytischen Enzymen, z.B. Trypsin, bis der Gewebeverband in einzelne Zellen zerfällt.For the analysis of the epidermis of full-skin models and epidermis equivalents, they are preferably incubated with thermolysin until the epidermis separates from the dermis or matrix. Subsequently, the epidermis is dissociated by treatment with enzymes, preferably proteolytic enzymes, e.g. Trypsin until the tissue disintegrates into individual cells.
Für die Analyse des Dermisäquivalents bzw. der Dermis des Vollhautmodells ist es bevorzugt, die Dermis mittels proteolytischer Enzyme aufzulösen, bevorzugt mit Kollagenasen, welche aus unterschiedlichsten Quellen gewonnen werden können. Danach können die Zellen einfach isoliert werden. Die so gewonnenen Zellen können mit Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, nachgewiesen und untersucht werden.For the analysis of the dermis equivalent or the dermis of the full-skin model, it is preferred to dissolve the dermis by means of proteolytic enzymes, preferably with collagenases, which can be obtained from a wide variety of sources. After that, the cells can be easily isolated. The cells thus obtained can be detected and assayed by methods known to those skilled in the art.
Bevorzugt können sie spezifisch markiert und in einem Cell Sorter analysiert werden, z.B. mit der FACS Methode (fluorescence-activated cell sorting).Preferably, they may be specifically labeled and analyzed in a cell sorter, e.g. with the FACS method (fluorescence-activated cell sorting).
Mit den Zellen können weiterhin auch Genexpressionsanalysen mittels dem Fachmann bekannten PCR-Verfahren (z.B. auch Reverse transcriptase PCR (RT-PCR) bzw. Real-time-RT-PCR) durchgeführt werden.Furthermore, gene expression analyzes can also be carried out with the cells by PCR methods known to the person skilled in the art (for example also reverse transcriptase PCR (RT-PCR) or real-time RT-PCR).
Die Zellen können weiterhin auch im intakten Hautmodell untersucht werden. Dazu kann beispielsweise die Anwesenheit der Zellen bzw. deren Differenzierungszustand beispielsweise mittels immunhistochemischer Verfahren, mikroskopischer, insbesondere elektronen- oder lichtmikroskopischer Verfahren, oder über in-situ- bzw. Fluoreszenz-in-situ- Hybridisierungsmethoden nachgewiesen werden.The cells can also be examined in the intact skin model. For this purpose, for example, the presence of the cells or their differentiation state can be detected, for example, by immunohistochemical methods, microscopic, in particular electron or light microscopic methods, or by in situ or fluorescence in situ hybridization methods.
Insbesondere können Endpunkte dendritischer Zellen untersucht werden, die nach einer Aktivierung durch Kontakt mit sensibilisierenden Substanzen auftreten bzw. deren Expression reguliert, insbesondere stark reguliert.In particular, end points of dendritic cells can be investigated which occur after activation by contact with sensitizing substances or regulate their expression, in particular strongly regulated.
Besonders bevorzugt werden folgenden Endpunkte, die nach Kontakt mit sensibilisierenden Substanzen auftreten untersucht: CD86 (B7.2), CD83 (HB15), CD54 (ICAM-1 ), DC-SIGN, Moleküle der MHC-Klassen 1 und/oder 2, HLA-DR; IL-1 beta und IL-8 GenexpressionThe following endpoints, which are found after contact with sensitizing substances, are particularly preferably investigated: CD86 (B7.2), CD83 (HB15), CD54 (ICAM-1), DC-SIGN, molecules of MHC classes 1 and / or 2, HLA -DR; IL-1 beta and IL-8 gene expression
Lösliche Stoffe, beispielsweise Chemo- oder Cytokine, insbesondere Interleukine, die durch den Kontakt mit sensibilisierenden Substanzen sezerniert werden, können darüber hinaus auch im umgebenden Kulturmedium durch dem Fachmann bekannte Methoden nachgewiesen werden, beispielsweise geeignet sind ELISA, RIA (radioactive immuno assay) oder EIA (enzyme immuno assay), HPLC, FPLC, GC-MS oder MALDI-TOF.Soluble substances, for example chemo- or cytokines, in particular interleukins, which are secreted by contact with sensitizing substances can moreover also be detected in the surrounding culture medium by methods known to the person skilled in the art, for example suitable are ELISA, RIA (radioactive immunoassay) or EIA (enzyme immunoassay), HPLC, FPLC, GC-MS or MALDI-TOF.
In den Vollhaut- bzw. Epidermisäquivalenten, insbesondere im Vollhautmodell, kann weiterhin untersucht werden, ob eine Migration der dendritischen Zellen aus der Epidermis heraus in die Dermis bzw. die Matrix oder in das umgebende Medium stattfindet (Migrationsassay) und insbesondere eine Reifung dieser Zellen beobachtbar ist.In the full-skin or epidermis equivalents, in particular in the full-thickness model, it is also possible to investigate whether migration of the dendritic cells out of the epidermis takes place into the dermis or the matrix or into the surrounding medium (migration assay) and, in particular, a maturation of these cells is observable is.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablösung der Epidermis von einem Hautmodell, bevorzugt einem Epidermisäquivalent , besonders bevorzugt einem Ganzhautmodell, dadurch gekennzeichnet, dass die Epidermis des Hautmodells mit proteolytischen Enzymen, bevorzugt Thermolysin behandelt wird. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch darauf einzuschränken:A further subject of the present invention is a method for detaching the epidermis from a skin model, preferably an epidermis equivalent, particularly preferably a whole skin model, characterized in that the epidermis of the skin model is treated with proteolytic enzymes, preferably thermolysin. The following examples illustrate the invention without, however, limiting it to:
Beispiel 1 :Example 1 :
Herstellung der Matrix A:Production of the matrix A:
In ein 1000 ml Becherglas werden 700 ml vollentsalztes Wasser gegeben, das mit 875 μl konzentrierter Essigsäure (Eisessig) angesäuert wird. Mit Hilfe eines handelsüblichen Magnetrührers mit Rührfisch wird die Lösung gerührt. In die rotierende Wassersäule hinein werden 7,0 g Rindersehnenkollagen auf einmal eingerührt. Anschließend wird das Gemisch vom Rührer genommen und für 4 Stunden ohne Rühren bei Raumtemperatur belassen. Alle 30 Minuten wird der pH-Wert des Gemisches kontrolliert. Der pH sollte in einem Bereich zwischen pH 3,5 und 4 liegen. Ebenfalls alle 30 Minuten wird die Suspension für 1 Minute mit hoher Geschwindigkeit gerührt. Es muss darauf geachtet werden, dass dabei die Temperatur der Suspension nicht ansteigt. Schließlich wird die Suspension für 3 Minuten mit hoher Geschwindigkeit gerührt und hierdurch homogenisiert. Um eine Erwärmung durch den Homogenisationsprozess zu vermeiden, wird die Suspension auf Raumtemperatur gehalten. Man erhält eine milchig-trübe Kollagensuspension. Um evtl. vorhandene Luftblasen aus der Suspension zu entfernen, kann sie bei 400 UpM (= 24,73 g) für 1 Minute bei 20 0C zentrifugiert werden (Hettich Universal 16 R, Rotordurchmesser 138 mm). Die Blasen entweichen dann ohne Schaumbildung.In a 1000 ml beaker 700 ml of deionized water are added, which is acidified with 875 .mu.l of concentrated acetic acid (glacial acetic acid). The solution is stirred using a commercially available magnetic stirrer with stirring bar. Into the rotating water column, 7.0 g of bovine tendon collagen are stirred in at once. The mixture is then removed from the stirrer and left for 4 hours without stirring at room temperature. Every 30 minutes, the pH of the mixture is controlled. The pH should be in the range between pH 3.5 and 4. Also every 30 minutes, the suspension is stirred for 1 minute at high speed. Care must be taken that the temperature of the suspension does not increase. Finally, the suspension is stirred for 3 minutes at high speed and thereby homogenized. To avoid heating by the homogenization process, the suspension is kept at room temperature. This gives a milky-turbid collagen suspension. In order to remove possibly existing air bubbles from the suspension, it can be centrifuged at 400 rpm (= 24.73 g) for 1 minute at 20 ° C. (Hettich Universal 16 R, rotor diameter 138 mm). The bubbles then escape without foaming.
Mit einem Dispenser wird die Suspension in die Vertiefungen einer Zellkulturplatte mit 24 Vertiefungen pipettiert. Die gefüllte Platte wird anschließend in die Hand genommen, leicht gekippt und nach allen Seiten gedreht, damit die Gellösung die Wand der Vertiefungen auch oberhalb der Matrixoberfläche benetzt. Durch diese Verfahrensweise wird die Haftung der Matrices in den Vertiefungen verbessert. Die so behandelten gefüllten Platten werden direkt in den Lyophilisator gestellt und im Gerät eingefroren.With a dispenser, the suspension is pipetted into the wells of a 24-well cell culture plate. The filled plate is then picked in the hand, tilted slightly and turned to all sides so that the gel solution wets the wall of the wells also above the matrix surface. This procedure improves the adhesion of the matrices in the wells. The thus treated filled plates are placed directly in the lyophilizer and frozen in the device.
Die in die Zellkulturplatten mit 24 Vertiefungen eingefüllte Kollagensuspension wird in einem Lyophilisator mit temperierbaren Stellflächen eingefroren und anschließend bei Unterdruck getrocknet.The collagen suspension filled in the cell culture plates with 24 wells is frozen in a lyophilizer with temperature-adjustable shelves and then dried under reduced pressure.
Ausgehend von einer Temperatur der Gellösung von 20°C beträgt die Einfrierrate 18 0C bis 23 °C pro Stunde. Der gesamte Gefriertrocknungsprozess dauert ca. 20-27 Stunden.Based on a temperature of the gel solution of 20 ° C, the freezing rate is 18 0 C to 23 ° C per hour. The entire freeze-drying process takes about 20-27 hours.
Beispiel 2:Example 2:
Vernetzung der Matrix A zur Herstellung der Matrix BCrosslinking of the matrix A to produce the matrix B
Um eine möglichst große und ebene Oberfläche der Hautmodelle zu erhalten, werden dieIn order to obtain the largest possible and even surface of the skin models, the
Kollagenmatrices vor der Einsaat der Fibroblasten chemisch fixiert.Collagen matrices chemically fixed before sowing the fibroblasts.
Als Fixiermittel wird Glutaraldehyd (GA) eingesetzt: C5H8O2, MG = 100,12. Auf jede Matrix von 24 Matrices A in einer Zellkulturplatte mit 24 Kavitäten wird mit einer Pipette vorsichtig Glutaraldehydlösung gegeben. Die Lösung wird langsam am inneren Rand der Vertiefung herunterlaufen gelassen, um die Matrixoberfläche nicht zu beschädigen. Die Glutaraldehydlösung benötigt mehrere Minuten, um in das Innere der Kollagenschwämme einzudringen. Die zunehmende Durchtränkung macht sich in einer Farbänderung der Matrices von rein weiß zu grau bis fahlgelb bemerkbar. Anschließend wird der Deckel auf die Zellkulturplatten gesetzt und der Rand mit Parafilm luftdicht verschlossen, um eine Verdunstung der Lösung zu vermeiden. Die behandelten Platten werden lichtgeschützt bei Raumtemperatur für 24 Stunden gelagert.The fixing agent used is glutaraldehyde (GA): C 5 H 8 O 2 , MW = 100.12. Glutaraldehyde solution is carefully added to each matrix of 24 matrices A in a 24-well cell culture plate with a pipette. The solution is slowly run down the inner edge of the well so as not to damage the matrix surface. The glutaraldehyde solution takes several minutes to penetrate the interior of the collagen sponges. The increasing saturation manifests itself in a color change of the matrices from pure white to gray to pale yellow. Then the lid is placed on the cell culture plates and the edge sealed airtight with Parafilm to avoid evaporation of the solution. The treated plates are stored protected from light at room temperature for 24 hours.
Die Vernetzung der Matrices einschließlich Waschen und Äquilibrieren kann in einem Zeitraum von vorzugsweise 5 Tagen, jedoch mindestens 4 Tagen, durchgeführt werden.Cross-linking of the matrices, including washing and equilibration, may be carried out for a period of preferably 5 days but at least 4 days.
Beispiel 3: Isolierung von MoDC:Example 3: Isolation of MoDC:
Monocytäre dendritische Zellen werden durch Kultivierung von PBMCs (peripheral blood mononuclear cells) gewonnen. Ausgangsmaterial für die Isolierung von Monocyten ist ein Lymphozytenkonzentrat (Buffy Coat), welches man nach dem Abzentrifugieren von Vollblut erhält. Aus dem Lymphozytenkonzentrat lassen sich mittels Dichtegradienten-Zentrifugation oder CCE (countercurrent centrifugal elutriation) die monocytären Zellen des peripheren Blutes isolieren.Monocytic dendritic cells are obtained by culturing PBMCs (peripheral blood mononuclear cells). The starting material for the isolation of monocytes is a lymphocyte concentrate (buffy coat), which is obtained after centrifuging off whole blood. The monocyte cells of the peripheral blood can be isolated from the lymphocyte concentrate by means of density gradient centrifugation or CCE (countercurrent centrifugal elutriation).
Die weitere Isolierung erfolgte nach der Methode aus Berger et al. (Journal of Immunological Methods, 298. 2005, S.61 -72). Eine alternative, ebenfalls anwendbare Methode ist in Nutt et al., Journal of Immunological Methods, 293, 2004, S. 215-218 beschrieben. Die Identität der Monocyten wird in einer FACS-Analyse überprüft.Further isolation was carried out by the method of Berger et al. (Journal of Immunological Methods, 298, 2005, pp. 61-72). An alternative, equally applicable method is described in Nutt et al., Journal of Immunological Methods, 293, 2004, pp. 215-218. The identity of the monocytes is checked in a FACS analysis.
Kultivierung von MoDCCultivation of MoDC
Die isolierten Monocyten werden in RPM1 1640 mit 25 mM HEPES (Zusammensetzung: siehe Tabelle) bei 37°C in eine CO2-lnkubator kultiviert. Die Differenzierung zu unreifen monocytären dendritischen Zellen erfolgt durch Zugabe von rekombinatem humanem GM-CSF und rekombinantem humanem IL-4 zum Kulturmedium. Kulturdauer 2-7 Tage.The isolated monocytes are cultured in RPM1 1640 with 25 mM HEPES (composition: see table) at 37 ° C in a CO 2 incubator. The differentiation to immature monocytic dendritic cells is carried out by adding recombinant human GM-CSF and recombinant human IL-4 to the culture medium. Culture duration 2-7 days.
Beispiel 4: Differenzierung der ZellenExample 4: Differentiation of the cells
Nach Kultivierung in cytokin-supplementiertem Medium (s. Tabelle 8) kann der Oberflächenmarker CD86 (B7.2) mittels eines spezifischen Antikörpers über Durchflusszytometrie (Fluorescence Activated Cell Sorting, FACS-Analyse) nachgewiesen werden. Beispiel 5:After culturing in cytokine-supplemented medium (see Table 8), the surface marker CD86 (B7.2) can be detected by means of a specific antibody via flow cytometry (fluorescence activated cell sorting, FACS analysis). Example 5:
Herstellung eines DermisäquivalentsProduction of a dermis equivalent
Vor der Aussaat auf die vernetzten Collagen-Matrices werden Fibroblasten einer geeigneten Passage in Zellkulturflaschen mit Fibroblastenmedium vorkultiviert. Nach Erreichen der gewünschten Zelldichte wird das Kulturmedium abgesaugt. Die Zellen werden durch Zugabe einer Trypsinlösung in die Kulturflaschen vom Gefäßboden abgelöst, mit Kulturmedium gewaschen und abzentrifugiert. Nach Bestimmung der Zellzahl wird die Zellsuspension auf eine Konzentration von 1-6x105 Fibroblasten/ml eingestellt.Prior to seeding on the cross-linked collagen matrices, fibroblasts of a suitable passage are pre-cultured in cell culture flasks with fibroblast medium. After reaching the desired cell density, the culture medium is aspirated. The cells are detached from the bottom of the vessel by adding a trypsin solution to the culture flasks, washed with culture medium and centrifuged off. After determining the number of cells, the cell suspension is adjusted to a concentration of 1-6x10 5 fibroblasts / ml.
Aus den Vertiefungen der Mikrotiterplatte, die die mit Fibroblastenmedium äquilibrierten Matrices enthalten, wird das Medium so weit abgesaugt, das die Matrices feucht bleiben. Auf die Oberfläche der Matrices wird jeweils 1 ml Fibroblastenmedium, enthaltend jeweils 1-6x105 Fibroblasten, pipettiert, ohne die Oberfläche dabei zu verletzen. Nach Beendigung der Einsaat wird der Plattendeckel aufgesetzt und die Platte waagerecht in den Inkubator gestellt. Die Kultivierung der Fibroblasten auf der Matrix erfolgt bei 37° und 5 % v/v CO2. Das Kulturmedium wird in regelmäßigen Intervallen gewechselt. Nach 2-4 Wochen ist das Dermismodell fertig entwickelt.From the wells of the microtiter plate containing the matrices equilibrated with fibroblast medium, the medium is aspirated so far that the matrices remain moist. In each case 1 ml of fibroblast medium, containing 1-6 × 10 5 fibroblasts, is pipetted onto the surface of the matrices without injuring the surface. After sowing, the plate lid is placed and the plate placed horizontally in the incubator. The cultivation of the fibroblasts on the matrix takes place at 37 ° and 5% v / v CO 2 . The culture medium is changed at regular intervals. After 2-4 weeks the dermis model is completely developed.
Beispiel 6:Example 6:
Herstellung eines VollhautmodellsProduction of a full skin model
Vor der Aussaat auf die vernetzten Collagen-Matrices werden Fibroblasten einer geeigneten Passage in Zellkulturflaschen mit Fibroblastenmedium vorkultiviert. Nach Erreichen der gewünschten Zelldichte wird das Kulturmedium abgesaugt. Die Zellen werden durch Zugabe einer Trypsinlösung (oder einer anderen zur Ablösung adhärenter Zellen geeigneten Lösung) in die Kulturflaschen vom Gefäßboden abgelöst, mit Fibroblastenmedium gewaschen und abzentrifugiert. Nach Bestimmung der Zellzahl wird die Zellsuspension auf eine Konzentration von 1-6x105 Fibroblasten/ml eingestellt.Prior to seeding on the cross-linked collagen matrices, fibroblasts of a suitable passage are pre-cultured in cell culture flasks with fibroblast medium. After reaching the desired cell density, the culture medium is aspirated. The cells are detached from the bottom of the vessel by adding a trypsin solution (or another solution suitable for detaching adherent cells) into the culture flasks, washed with fibroblast medium and centrifuged off. After determining the number of cells, the cell suspension is adjusted to a concentration of 1-6x10 5 fibroblasts / ml.
Aus den Vertiefungen der Mikrotiterplatte, die die mit Kulturmedium äquilibrierten Matrices enthalten, wird das Medium so weit abgesaugt, dass die Oberfläche der Matrices feucht bleibt. Auf die Oberfläche der Matrices wird jeweils 1 ml Fibroblastenmedium, enthaltend jeweils 1-6x105 Fibroblasten, pipettiert, ohne die Oberfläche dabei zu verletzen. Nach Beendigung der Einsaat wird der Plattendeckel aufgesetzt und die Platte waagerecht in den Inkubator gestellt. Die Kultivierung der Fibroblasten auf der Matrix erfolgt bei 37° und 5 % CO2. Das Kulturmedium wird in regelmäßigen Intervallen gewechselt.From the wells of the microtiter plate containing the Matrices equilibrated with culture medium, the medium is aspirated so far that the surface of the matrices remains moist. In each case 1 ml of fibroblast medium, containing 1-6 × 10 5 fibroblasts, is pipetted onto the surface of the matrices without injuring the surface. After sowing, the plate lid is placed and the plate placed horizontally in the incubator. The cultivation of the fibroblasts on the matrix takes place at 37 ° and 5% CO 2 . The culture medium is changed at regular intervals.
Nach einer Kultivierungszeit der Fibroblasten von 2-4 Wochen werden die Keratinozyten auf das Dermismodell ausgesät. Dazu werden Keratinozyten einer geeigneten Passage in Zellkulturflaschen mit Keratinozytenmedium vorkultiviert. Nach Erreichen der gewünschten Zelldichte wird das Kulturmedium abgesaugt. Die Zellen werden durch Zugabe einer Trypsinlösung in die Kulturflaschen vom Gefäßboden abgelöst, mit Kulturmedium (Keratinozytenmedium) gewaschen und abzentrifugiert. Nach Bestimmung der Zellzahl wird die Zellsuspension auf eine Konzentration von 1-6x105 Keratinozyten/ml eingestellt. Aus den Vertiefungen der Mikrotiterplatte, die die Dermisäquivalente enthalten, wird das Medium so weit abgesaugt, dass die Oberfläche der Dermisäquivalente feucht bleibt. Auf die Oberfläche der Dermismodelle wird jeweils 1 ml Keratinozytenmedium, enthaltend jeweils 1-6x105 Keratinozyten, pipettiert, ohne die Oberfläche dabei zu verletzen. Nach Beendigung der Einsaat wird der Plattendeckel aufgesetzt und die Platte waagerecht in den Inkubator gestellt (Submerskultur). Die Kultivierung der Fibroblasten und Keratinozyten auf der Matrix erfolgt 3-7 Tage bei 37° und 5 % CO2. Das Kulturmedium wird in regelmäßigen Intervallen gewechselt.After culturing the fibroblasts for 2-4 weeks, the keratinocytes are seeded on the dermis model. For this purpose, keratinocytes of a suitable passage in Pre-cultured cell culture flasks with keratinocyte medium. After reaching the desired cell density, the culture medium is aspirated. The cells are detached from the bottom of the vessel by adding a trypsin solution to the culture flasks, washed with culture medium (keratinocyte medium) and centrifuged off. After determining the number of cells, the cell suspension is adjusted to a concentration of 1-6x10 5 keratinocytes / ml. From the wells of the microtiter plate containing the dermis equivalents, the medium is aspirated so far that the surface of dermis equivalents remains moist. 1 ml of keratinocyte medium containing 1-6 × 10 5 keratinocytes is pipetted onto the surface of the dermis models without injuring the surface. After completion of sowing, the plate lid is placed and the plate placed horizontally in the incubator (Submerskultur). The cultivation of the fibroblasts and keratinocytes on the matrix takes place for 3-7 days at 37 ° and 5% CO 2 . The culture medium is changed at regular intervals.
Nach Ablauf der 3-7-tägigen Submerskultur wird das Keratinozytenmedium aus den Vertiefungen abgesaugt. Die noch unfertigen Vollhautmodelle werden aus den Vertiefungen herausgeholt und auf Filterpapiere gesetzt. Die Filterpapiere liegen auf metallenen Abstandhaltern jeweils in einer Kulturgefäß. Nachdem die unfertigen Vollhautmodelle auf dem Filterpapier platziert sind, wird das Kulturgefäß mit Kulturmedium (Airlift-Medium; Air-Liquid-Interface-Medium; ALI-Medium) so weit gefüllt, dass das Medium den oberen Rand des Filterpapiers erreicht und sich um die Basis der Hautmodelle verteilt. Die Oberfläche der Hautmodelle wird nicht von Kulturmedium bedeckt (Airlift- Kultur oder Air-Liquid-Interface). In Abhängigkeit vom gewünschten Differenzierungsgrad werden die Hautmodelle 1-4 Wochen in der Air-Liquid-Interface belassen. Das Kulturmedium wird in regelmäßigen Intervallen gewechselt.After the 3-7-day submerged culture, the keratinocyte medium is aspirated from the wells. The unfinished skin models are taken out of the wells and placed on filter papers. The filter papers lie on metal spacers in each case in a culture vessel. After the unfinished full skin models are placed on the filter paper, the culture vessel is filled with culture medium (airlift medium, air-liquid interface medium, ALI medium) so far that the medium reaches the upper edge of the filter paper and around the base the skin models distributed. The surface of the skin models is not covered by culture medium (airlift culture or air-liquid interface). Depending on the desired degree of differentiation, the skin models are left in the Air-Liquid-Interface for 1-4 weeks. The culture medium is changed at regular intervals.
Beispiel 7:Example 7:
Herstellung eines Hautmodells mit dendritischen Zellen:Production of a skin model with dendritic cells:
Kokultivierung der dendritischen Zellen in das Vollhautmodell gemäß Beispiel 6:Cocultivation of the dendritic cells in the full skin model according to Example 6:
a) Einsaat zusammen mit den Keratinocytena) sowing together with the keratinocytes
Die THP-1 -Zellsuspension wird zentrifugiert, das Pellet anschließend in Keratinocytenmedium resuspendiert. Die Zellzahl wird in einer Neubauer-Zählkammer nach Inkubation der Zellen mit TϊypanBlau bestimmt. Die THP1 -Zellen werden im Verhältnis 1 :2 bis 1 :10 mit den Keratinocyten gemischt. Bei einer Einsaat von 4*105 Keratinocyten pro Hautmodell entspricht dies einer THP1- Zellzahl von 40.000 - 400.000 pro Hautmodell. Die Hautmodelle werden anschließend 2-7 Tage in Keratinocytenmedium submers kultiviert. Danach werden sie in die ALI-Phase (Air-Liquid-Interface- Phase) überführt und in ALI-Medium 7-21 Tage kultiviert. b) Einsaat während der ALI-PhaseThe THP-1 cell suspension is centrifuged, the pellet subsequently resuspended in keratinocyte medium. The cell count is determined in a Neubauer counting chamber after incubation of the cells with TϊypanBlue. The THP1 cells are mixed in a ratio of 1: 2 to 1:10 with the keratinocytes. With a seeding of 4 * 10 5 keratinocytes per skin model, this corresponds to a THP1 cell count of 40,000 - 400,000 per skin model. The skin models are then cultured submerged in keratinocyte medium for 2-7 days. Thereafter, they are transferred to the ALI phase (air-liquid interface phase) and cultivated in ALI medium for 7-21 days. b) sowing during the ALI phase
Die Keratinocyten (4*105 Zellen pro Hautmodell) werden zunächst 2-7 Tage in Keratinocytenmedium submers kultiviert und anschließend in die ALI-Phase überführt. Nach 2 Tagen (1-5 Tage) werden die THP- 1 -Zellen im Verhältnis 1 :2 bis 1 :10 zu den Keratinocyten auf jene ausgesät. Die Weiterkultivierung erfolgt für 7-21 Tage in ALI-Medium.The keratinocytes (4 * 10 5 cells per skin model) are cultured at first 2-7 days in submerged keratinocyte medium and subsequently transferred to the ALI phase. After 2 days (1-5 days), the THP-1 cells are seeded to the keratinocytes in a ratio of 1: 2 to 1:10. Further cultivation takes place in ALI medium for 7-21 days.
c) Kokultivierung durch Mediumkontakt einer Kultur dendritischer Zellen mit dem Hautmodellc) Cocultivation by media contact of a culture of dendritic cells with the skin model
Es wird ein Vollhautmodell gemäß Beispiel 6 hergestellt. Das Vollhautmodell wird an der Air-Liquid- Interface, wie oben beschrieben, auf einem auf einem Kokulturinsert bzw. Abstandhalter auf einer porendurchsetzten Polymermembran kultiviert und mit dem darunter befindlichen Medium in Kontakt gebracht. In dem Kulturgefäß(insbesondere auf dem Boden der Kulturgefäß) befindet sich neben geeignetem Zellnährmedium (insbesondere nach Tabellen 3 oder 4) eine Kultur von THP-1 Zellen, die über das Medium in Kontakt mit dem Hautmodell stehen.A full skin model according to Example 6 is produced. The full-skin model is cultured on the air-liquid interface as described above on a co-culture insert on a pore-penetrated polymer membrane and contacted with the underlying medium. In addition to suitable cell nutrient medium (in particular according to Tables 3 or 4), a culture of THP-1 cells which are in contact with the skin model via the medium is located in the culture vessel (in particular on the bottom of the culture vessel).
Auf die Oberfläche des Hautmodells, die nicht mit dem Medium in Kontakt kommt, können nun Substanzen aufgetragen werden, die auf eine sensibilisierende Wirkung getestet werden sollen. Durch die Penetration durch das Hautmodell werden die Substanzen analog dem natürlichen Vorgang ggf. modifiziert, bevor sie eine detektierbare Reaktion im Hautmodell und in der Kultur der dendritischen Zellen zeigen.On the surface of the skin model, which does not come into contact with the medium, substances can now be applied, which are to be tested for a sensitizing effect. Penetration through the skin model, if appropriate, modifies the substances analogously to the natural process before they show a detectable reaction in the skin model and in the culture of the dendritic cells.
Auf die vorher beschriebenen Weisen a) bis c) erfolgt auch die Einsaat der MoDC, KG-1- und U937-Zellen auf die Hautmodelle. Die Anzuchtphase der einzelnen Zelllinien wird unter Verwendung des dafür besonders geeigneten Mediums (vgl. Tabelle 5 bis 8) durchgeführt.In the previously described ways a) to c), the sowing of the MoDC, KG-1 and U937 cells on the skin models. The culture phase of the individual cell lines is carried out using the medium which is particularly suitable for this purpose (see Tables 5 to 8).
Die Zellen der Zelllinien THP- 1 , KG-1 und U937 können sowohl im naiven wie auch im aktivierten Zustand in das Hautmodell eingebracht werden. Dazu wird jeweils das geeignete Medium für die Anzucht in Kulturflaschen (ohne bzw. mit Cytokinen, beispielsweise Tabellen 3 bis 7) ausgewählt.The cells of the cell lines THP-1, KG-1 and U937 can be introduced into the skin model both in the naive as well as in the activated state. For this purpose, in each case the appropriate medium for cultivation in culture bottles (without or with cytokines, for example, Tables 3 to 7) is selected.
Analog kann auch die Einsaat der dendritischen Zellen in das Dermisäquivalent gemäß Beispiel 5 und des analog zu Beispiel 5 mit Keratinozyten hergestellte Epidermisäquivalent erfolgen.Analogously, the sowing of the dendritic cells into the dermis equivalent according to Example 5 and the epidermis equivalent prepared analogously to Example 5 with keratinocytes can also be carried out.
Beispiel 8:Example 8:
Herstellung eines Epidermismodells mit dendritischen Zellen:Production of an epidermis model with dendritic cells:
Kokultivierung der dendritischen Zellen in das Epidermismodell gemäß Beispiel 6:Cocultivation of the dendritic cells in the epidermis model according to Example 6:
d) Einsaat zusammen mit den Keratinocyten Die KG-1 -Zellsuspension wird zentrifugiert, das Pellet anschließend in Keratinocytenmedium resuspendiert. Die Zellzahl wird in einer Neubauer-Zählkammer nach Inkubation der Zellen mit TrypanBlau bestimmt. Die KG-1 -Zellen werden im Verhältnis 1 :2 bis 1 :10 mit den Keratinocyten gemischt. Bei einer Einsaat von 4*105 Keratinocyten pro Epidermismodell entspricht dies einer KG- 1 -Zellzahl von 40.000 - 400.000 pro Epidermismodell. Die Epidermismodelle werden anschließend 2-7 Tage in Keratinocytenmedium submers kultiviert. Danach werden sie in die ALI-Phase (Air- Liquid-Interface-Phase) überführt und in ALI-Medium 7-21 Tage kultiviert.d) sowing together with the keratinocytes The KG-1 cell suspension is centrifuged, the pellet subsequently resuspended in keratinocyte medium. The cell count is determined in a Neubauer counting chamber after incubation of the cells with TrypanBlue. The KG-1 cells are mixed in a ratio of 1: 2 to 1:10 with the keratinocytes. With a seeding of 4 * 10 5 keratinocytes per epidermis model, this corresponds to a KG-1 cell count of 40,000 - 400,000 per epidermis model. The epidermis models are then cultured submerged in keratinocyte medium for 2-7 days. They are then transferred to the ALI phase (air-liquid interface phase) and cultivated in ALI medium for 7-21 days.
e) Einsaat während der ALI-Phasee) Seeding during the ALI phase
Die Keratinocyten (4*105 Zellen pro Epidermismodell) werden zunächst 2-7 Tage in Keratinocytenmedium submers kultiviert und anschließend in die ALI-Phase überführt. Nach 2 Tagen (1-5 Tage) werden die KG-1 -Zellen im Verhältnis 1 :2 bis 1 :10 zu den Keratinocyten auf jene ausgesät. Die Weiterkultivierung erfolgt für 7-21 Tage in ALI-Medium.The keratinocytes (4 * 10 5 cells per epidermis model) are first cultured submerged in keratinocyte medium for 2-7 days and then transferred to the ALI phase. After 2 days (1-5 days), the KG-1 cells are seeded in a ratio of 1: 2 to 1:10 to the keratinocytes. Further cultivation takes place in ALI medium for 7-21 days.
f) Kokultivierung durch Mediumkontakt einer Kultur dendritischer Zellen mit dem Epidermismodellf) Cocultivation by medium contact of a culture of dendritic cells with the epidermis model
Es wird ein Epidermismodell gemäß Beispiel 6 hergestellt. Das Epidermismodell wird an der Air- Liquid-Interface, wie oben beschrieben, in einem Kokulturinsert auf einer porösen polymeren Membran mit dem darunter befindlichen Medium in Kontakt gebracht. In dem Kulturgefäß (insbesondere auf dem Boden des Kulturgefäßes) befindet sich neben geeignetem Zeilnährmedium (insbesondere nach Tabellen 5 und 6 bzw. das für die jeweiligen Zellen geeignete Zellmedium nach Tabellen 3,4, 7 oder 8) eine Kultur von KG-1 -Zellen, die über das Medium in Kontakt mit dem Hautmodell stehen.An epidermis model according to Example 6 is produced. The epidermis model is contacted with the underlying medium at the air-liquid interface as described above in a co-culture insert on a porous polymeric membrane. In the culture vessel (in particular on the bottom of the culture vessel) there is a culture of KG-1 cells in addition to suitable cell nutrient medium (in particular according to Tables 5 and 6 or the cell medium according to Tables 3, 4, 7 or 8 suitable for the respective cells) which are in contact with the skin model via the medium.
Auf die Oberfläche des Epidermismodells, die nicht mit dem Medium in Kontakt kommt, können nun Substanzen aufgetragen werden, die auf eine sensibilisierende Wirkung getestet werden sollen. Durch die Penetration durch das Epidermismodell werden die Substanzen analog dem natürlichen Vorgang ggf. modifiziert, bevor sie eine detektierbare Reaktion im Epidermismodell und in der Kultur der dendritischen Zellen.On the surface of the epidermis model, which does not come into contact with the medium, substances can now be applied, which are to be tested for a sensitizing effect. By penetrating through the epidermis model, the substances may be modified analogously to the natural process, before they have a detectable response in the epidermis model and in the culture of the dendritic cells.
Auf die vorher beschriebenen Weisen a) bis c) erfolgt auch die Einsaat der MoDC, THP-1- und U937-Zellen auf die Epidermismodelle. Die Anzuchtphase der einzelnen Zelllinien wird unter Verwendung des dafür besonders geeigneten Mediums (vgl. Tabelle 3, 4, 7 bzw. 8) durchgeführt.In the previously described manners a) to c), the MoDC, THP-1 and U937 cells are also sown on the epidermis models. The culture phase of the individual cell lines is carried out using the medium which is particularly suitable for this purpose (compare Tables 3, 4, 7 and 8, respectively).
Die Zellen der Zelllinien THP-1 , KG-1 und U937 können sowohl im naiven wie auch im aktivierten Zustand in das Epidermismodell eingebracht werden. Dazu wird jeweils das geeignete Medium für die Anzucht in Kulturflaschen (ohne bzw. mit Cytokinen, beispielsweise Tabellen 3 bis 7) ausgewählt. Beispiel 9:The cells of the cell lines THP-1, KG-1 and U937 can be introduced into the epidermis model both in the naive as well as in the activated state. For this purpose, in each case the appropriate medium for cultivation in culture bottles (without or with cytokines, for example, Tables 3 to 7) is selected. Example 9:
Herstellung eines Dermismodells mit dendritischen Zellen:Production of a dermis model with dendritic cells:
Kokultivierung der dendritischen Zellen in das Dermismodell gemäß Beispiel 6:Cocultivation of the dendritic cells in the dermis model according to Example 6:
g) Einsaat zusammen mit den Fibroblasteng) sowing together with the fibroblasts
Die 11937-Zellsuspension wird zentrifugiert, das Pellet anschließend in Fibroblastenmedium resuspendiert. Die Zellzahl wird in einer Neubauer-Zählkammer nach Inkubation der Zellen mit TrypanBlau bestimmt. Die U937-Zellen werden im Verhältnis 1 :2 bis 1 :10 mit den Fibroblasten gemischt. Bei einer Einsaat von 4*105 Fibroblasten pro Dermismodell entspricht dies einer U937- Zellzahl von 40.000 - 400.000 pro Dermismodell. Die Dermismodelle werden anschließend 7-28 Tage in Fibroblastenmedium submers kultiviert.The 11937 cell suspension is centrifuged, the pellet subsequently resuspended in fibroblast medium. The cell count is determined in a Neubauer counting chamber after incubation of the cells with TrypanBlue. The U937 cells are mixed in the ratio 1: 2 to 1:10 with the fibroblasts. With 4 * 10 5 fibroblasts seeding per dermal model, this corresponds to a U937 cell count of 40,000 - 400,000 per dermal model. The dermis models are then cultured submerged in fibroblast medium for 7-28 days.
h) Einsaat während der Fibroblastenkulturh) Sowing during fibroblast culture
Die Fibroblasten (4*105 Zellen pro Dermismodell) werden zunächst 2-7 Tage in Fibroblastenmedium submers kultiviert. Nach 2-7 Tagen werden die U937-Zellen im Verhältnis 1 :2 bis 1 :10 zu den Fibroblasten auf jene ausgesät. Die Weiterkultivierung erfolgt für 7-21 Tage Fibroblastenmedium.The fibroblasts (4 * 10 5 cells per dermis model) are first cultured submerged in fibroblast medium for 2-7 days. After 2-7 days, the U937 cells are seeded to the fibroblasts in a ratio of 1: 2 to 1:10. Further cultivation takes place for 7-21 days fibroblast medium.
i) Kokultivierung durch Mediumkontakt einer Kultur dendritischer Zellen mit dem Dermismodelli) Cocultivation by medium contact of a culture of dendritic cells with the dermis model
Es wird ein Dermismodell gemäß Beispiel 6 hergestellt. Das Dermismodell wird in einem Co-Kultur- Insert mit poröser polymerer Membran kultiviert und mit dem darunter befindlichen Medium in Kontakt gebracht. In der Multiwellschale (insbesondere auf dem Boden der Multiwellschale) befindet sich neben geeignetem Zellnährmedium (insbesondere nach Tabelle 8 oder das für die jeweiligen Zellen geeignete Zellmedium nach Tabellen 3 bis 7) eine Kultur von U937-Zellen, die über das Medium in Kontakt mit dem Dermismodell stehen.A dermis model according to Example 6 is produced. The dermis model is cultured in a co-culture porous polymer membrane insert and contacted with the underlying medium. In addition to suitable cell nutrient medium (in particular according to Table 8 or the cell medium according to Tables 3 to 7 which is suitable for the respective cells), a culture of U937 cells which are in contact with the medium via the medium is located in the multi-well shell (in particular on the bottom of the multi-well shell) Dermis model stand.
Auf die Oberfläche des Dermismodells, die nicht mit dem Medium in Kontakt kommt, können nun Substanzen aufgetragen werden, die auf eine sensibilisierende Wirkung getestet werden sollen. Durch die Penetration durch das Dermismodell werden die Substanzen analog dem natürlichen Vorgang ggf. modifiziert, bevor sie eine detektierbare Reaktion im Dermismodell und in der Kultur der dendritischen Zellen zeigen.On the surface of the dermis model, which does not come into contact with the medium, substances can now be applied, which are to be tested for a sensitizing effect. Penetration through the dermis model allows the substances to be modified, if appropriate, analogously to the natural process before they show a detectable reaction in the dermis model and in the culture of the dendritic cells.
Auf die vorher beschriebenen Weisen a) bis c) erfolgt auch die Einsaat der MoDC1 THP-1- und KG- 1 -Zellen auf die Dermismodelle. Die Anzuchtphase der einzelnen Zelllinien wird unter Verwendung des dafür besonders geeigneten Mediums (vgl. Tabelle 3 bis 6, 8) durchgeführt.In the previously described ways a) to c), the MoDC 1 THP-1 and KG-1 cells are also sown on the dermis models. The culture phase of the individual cell lines is carried out using the medium which is particularly suitable for this purpose (see Tables 3 to 6, 8).
Die Zellen der Zelllinien THP-1 , KG-1 und U937 können sowohl im naiven wie auch im aktivierten Zustand in das Dermismodell eingebracht werden. Dazu wird jeweils das geeignete Medium für die Anzucht in Kulturflaschen (ohne bzw. mit Cytokinen, beispielsweise Tabellen 3 bis 7) ausgewählt. Die Zusammensetzung der unterschiedlichen Kulturmedien finden sich in den folgenden Tabellen:The cells of the cell lines THP-1, KG-1 and U937 can be introduced into the dermis model both in the naive as well as in the activated state. For this purpose, in each case the appropriate medium for cultivation in culture bottles (without or with cytokines, for example, Tables 3 to 7) is selected. The composition of the different culture media can be found in the following tables:
Tabelle 1 : Fibroblasten-Medium:Table 1: fibroblast medium:
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Kultivierung von THP- 1 -Zellen:Cultivation of THP-1 cells:
Tabelle 3: Kulturmedium THP-1 I ohne Cytokine:Table 3: Culture medium THP-1 I without cytokines:
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Kultivierung von KG-1 -Zellen:
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Cultivation of KG-1 cells:
Tabelle 5: Kulturmedium KG-1 I ohne Cytokine:Table 5: Culture medium KG-1 I without cytokines:
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Tabelle 6: Kulturmedium KG-1 Il mit Cytokinen:Table 6: Culture medium KG-1 II with cytokines:
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Tabelle 7: Kulturmedium U937 I ohne Cytokine:Table 7: Culture medium U937 I without cytokines:
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Tabelle 8: Kulturmedium von MoDC-Zellen:Table 8: Culture medium of MoDC cells:
Komponente EndkonzentrationComponent final concentration
RPMI 1640 incl. L-GlutaminRPMI 1640 incl. L-glutamine
Fetal CaIf Serum, hitzeinaktiviert 10%Fetal CaIf Serum, heat-inactivated 10%
HEPES 1O mMHEPES 1OmM
2-Mercaptoethanol 50 μM2-mercaptoethanol 50 μM
Penicillin 100 IU/mlPenicillin 100 IU / ml
Streptomycin 100 μg/ml rhGM-CSF 200 I U/m IStreptomycin 100 μg / ml rhGM-CSF 200 IU / ml
IL-4 500 I U/mlIL-4 500 IU / ml
Tabelle 9: Air-Liquid-Interface-Medium:Table 9: Air Liquid Interface Medium:
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Beispiel 8:
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Example 8:
Nachweis von Elastin im VollhautmodellDetection of elastin in the full skin model
Fertig ausdifferenzierte Vollhautmodelle mit dendritischen Zellen gemäß Beispiel 7 werden direkt aus der Air-Liquid-Interface entnommen, im Kryostaten eingefroren und geschnitten (Schnittdicke 7-9 μm). Die Schnitte werden für 10 Minuten in -200C kalten Aceton fixiert und anschließen mit TBS (TRIS-buffered saline) mehrmals gewaschen. Der anti-Elastin-Antikörper (rabbit; Fa. Novotec) wird 1 :40 mit TBS verdünnt, auf die Schnitte aufgetropft und für 60 Minuten auf diesen belassen. Anschließend werden die Schnitte dreimal für jeweils 5 Minuten in TBS gewaschen. Als sekundärer Antikörper wird ein goat-anti-rabbit-Antikörper mit Alexa-Konjugat (Fa. Molecular Probes) in einer 1:20-Verdünnung eingesetzt. Um die hohe Eigenfluoreszenz der Collagenmatrix zu blockieren, wird die Verdünnung des sekundären Antikörpers in einer 0,1 % Evans Blue-Lösung angesetzt. Der sekundäre Antikörper wird auf die Schnitte aufgetropft und auf diesen für 60 Minuten belassen. Danach werden die Schnitte dreimal für jeweils 5 Minuten mit TBS gewaschen. Zum Schluss werden die antikörper-markierten Schnitte in DAKO Faramount Einbettmedium eingedeckelt. Als Negativ-Kontrolle werden Schnitte ohne den ersten Antikörper inkubiert. Ready-differentiated full-skin models with dendritic cells according to Example 7 are taken directly from the air-liquid interface, frozen in the cryostat and cut (slice thickness 7-9 microns). The sections are fixed for 10 minutes in -20 C cold acetone and 0 connect with TBS (TRIS-buffered saline) washed several times. The anti-elastin antibody (rabbit, Novotec) is diluted 1:40 with TBS, dropped onto the sections and left for 60 minutes. The sections are then washed three times for 5 minutes each in TBS. As a secondary antibody, a goat anti-rabbit antibody with Alexa conjugate (Molecular Probes) is used in a 1:20 dilution. In order to block the high intrinsic fluorescence of the collagen matrix, the dilution of the secondary antibody is made in a 0.1% Evans Blue solution. The secondary antibody is dropped on the sections and left on for 60 minutes. Thereafter, the sections are washed three times for 5 minutes each with TBS. Finally, the antibody-labeled sections are capped in DAKO Faramount embedding medium. As a negative control, sections are incubated without the first antibody.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Hautmodell, umfassend eine Kollagenmatrix und dendritischen Zellen.A skin model comprising a collagen matrix and dendritic cells.
2. Hautmodell gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kollagenmatrix vernetzt ist .2. Skin model according to claim 1, characterized in that the collagen matrix is crosslinked.
3. Hautmodell gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dendritischen Zellen ausgewählt sind aus Zellen oder Zelllinien, gewonnen aus Tumoren des blutbildenden und/oder immunologischen Systems.3. skin model according to claim 1 or 2, characterized in that the dendritic cells are selected from cells or cell lines derived from tumors of the hematopoietic and / or immunological system.
4. Hautmodell gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tumoren ausgewählt sind aus myeloiden oder lymphoiden Tumoren.4. Skin model according to claim 3, characterized in that the tumors are selected from myeloid or lymphoid tumors.
5. Hautmodell gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die myeloiden Tumoren ausgewählt sind aus Tumoren mit der Bezeichnung human acute myeloid leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid (eosinophilic) leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid leukemia, myelomonocytic leukemia, human chronic myeloid leukemia in blast crisis, human multiple myeloma, human acute monocytic leukemia, human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma und human monocytic leukemia.5. Skin model according to claim 4, characterized in that the myeloid tumors are selected from tumors called human acute myeloid leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid (eosinophilic) leukemia, human multiple myeloma, human acute myeloid leukemia, myelomonocytic leukemia, human chronic myeloid leukemia in blast crisis, human multiple myeloma, human acute monocytic leukemia, human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma and human monocytic leukemia.
6. Hautmodell gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen aus myeloiden Tumoren ausgewählt sind aus Zellen der humanen Zelllinien KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) und THP-1 (DSMZ no. ACC 16).6. Skin model according to claim 5, characterized in that the cells from myeloid tumors are selected from cells of the human cell lines KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) and THP-1 (DSMZ no. ACC 16).
7. Hautmodell gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen aus lymphoiden Tumoren ausgewählt sind mit der Bezeichnung human plasma cell leukemia, human T cell leukemia, human T cell lymphoma, human B cell precursor leukemia, human B cell lymphoma, human chronic B cell leukemia, human T cell acute lymphoblastic leukemia, human histiocytic lymphoma und human Hodgkin lymphoma.7. skin model according to claim 4, characterized in that the cells are selected from lymphoid tumors called human plasma cell leukemia, human T cell leukemia, human T cell lymphoma, human B cell precursor leukemia, human B cell lymphoma, human chronic B cell leukemia, human T cell acute lymphoblastic leukemia, human histiocytic lymphoma and human Hodgkin lymphoma.
8. Hautmodell gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen ausgewählt sind aus monocyte derived dendritic cells (MoDC), Zellen aus Zelllinien, gewonnen aus Tumoren, bevorzugt ausgewählt aus Tumoren mit der Bezeichnung human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma, human monocytic leukemia, insbesondere den humanen Zelllinien KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5), THP-1 (DSMZ no. ACC 16) Mono Mac 6 (DSMZ no. ACC 124) oder Mono Mac 1 ((DSMZ no. ACC 252) oder MUTZ-3 (DSMZ no. ACC 295). 8. Skin model according to claim 1, characterized in that the cells are selected from monocyte-derived dendritic cells (MoDC), cells from cell lines derived from tumors, preferably selected from tumors called human acute myelogenous leukemia, human histocytic lymphoma, human monocytic leukemia, in particular the human cell lines KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5), THP-1 (DSMZ no. ACC 16) Mono Mac 6 (DSMZ no. ACC 124) or Mono Mac 1 (DSMZ no. ACC 252) or MUTZ-3 (DSMZ no. ACC 295).
9. Hautmodell gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Monocyte derived dendritic CeIIs (MoDC) sowie insbesondere den humanen Zelllinien KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) und THP-1 (DSMZ no. ACC 16).9. skin model according to claim 8, characterized in that monocyte derived dendritic CeIIs (MoDC) and in particular the human cell lines KG-1 (DSMZ no. ACC 14), U937 (DSMZ no. ACC 5) and THP-1 (DSMZ no. ACC 16).
10. Hautmodell gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen vor, während oder nach der Kokultivierung mit dem Hautmodell mit Chemokinen und/oder Cytokinen behandelt werden.10. Skin model according to one of the preceding claims, characterized in that the cells are treated before, during or after co-cultivation with the skin model with chemokines and / or cytokines.
11. Hautmodell gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen vor, während oder nach der Kokultivierung mit dem Hautmodell mit Cytokinen behandelt werden, die ausgewählt sind aus GM- CSF (Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor), SCF (Stern Cell Factor), IL-4 (Interleukin 4), IL-13 (Interleukin 13), TGFß (Transforming Growth Factor beta), insbesondere TGFßi , oder TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) und deren Mischungen, besonders bevorzugt aus IL - 4 und GM-CSF sowie deren Mischungen.11. skin model according to claim 10, characterized in that the cells are treated before, during or after the cocultivation with the skin model with cytokines selected from GM-CSF (Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor), SCF (Star Cell Factor) , IL-4 (Interleukin 4), IL-13 (Interleukin 13), TGFβ (Transforming Growth Factor beta), in particular TGFβi, or TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) and mixtures thereof, more preferably IL-4 and GM -CSF and mixtures thereof.
12. Hautmodell gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollagenmatrix Fibroblasten und/oder Keratinozyten enthält.12. Skin model according to one of the preceding claims, characterized in that the collagen matrix contains fibroblasts and / or keratinocytes.
13. Hautmodell gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Vollhautäquivalent ist, bei dem Fibroblasten in der Matrix und Keratinozyten auf der Matrix enthalten sind.13. Skin model according to one of the preceding claims, characterized in that it is a full-skin equivalent, are contained in the fibroblasts in the matrix and keratinocytes on the matrix.
14. Hautmodell gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Dermisäquivalent ist, bei dem Fibroblasten in der Matrix enthalten sind.14. skin model according to one of claims 1 to 12, characterized in that it is a dermis equivalent, are included in the fibroblasts in the matrix.
15. Hautmodell gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Epidermisäquivalent ist, bei dem Keratinozyten auf der Matrix enthalten sind.15. skin model according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that it is an epidermis equivalent, are contained in the keratinocytes on the matrix.
16. Hautmodell nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit Mikroorganismen, insbesondere pathogenen Mikroorganismen besiedelt wird.16. Skin model according to one of the preceding claims, characterized in that it is colonized with microorganisms, in particular pathogenic microorganisms.
17. Hautmodell nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen ausgewählt sind aus Staphylococcus aureus sowie Spezies der Gattung Candida, Malassezia und Trichophyton.17. skin model according to claim 16, characterized in that the microorganisms are selected from Staphylococcus aureus and species of the genus Candida, Malassezia and Trichophyton.
18. Verfahren zur Herstellung eines Hautmodells, dadurch gekennzeichnet, dass man a. aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b. das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c. die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d. die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e. Fibroblasten und/oder Keratinozyten (optional nacheinander) auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt, f. die in und auf der Matrix B wachsenden Zellen bis zur vollständigen Ausbildung des dermalen und des epidermalen Teils des Ganzhautmodells weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach der Einsaat der Zellen in Schritt e. dendritische Zellen mit dem Hautmodell kokultiviert.18. A method for producing a skin model, characterized in that a. collagen that is difficult to dissolve from collagen-containing tissue, b. the sparingly soluble collagen is transferred by means of a mixing device into a homogeneous collagen suspension, c. lyophilizing the collagen suspension and thus producing a first matrix A, d. subjecting the first matrix A to cross-linking and thus creating a second, mechanically stabilized matrix B, e. Flock fibroblasts and / or keratinocytes (optionally one after the other) to the second matrix B and grow, f. culturing the cells growing in and on the matrix B until complete formation of the dermal and epidermal part of the whole skin model, before, during or after the seeding of the cells in step e. dendritic cells cocultivated with the skin model.
19. Verfahren nach Anspruch 18 zur Herstellung eines Dermisäquivalentes, dadurch gekennzeichnet, dass man a. aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b. das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c. die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d. die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e. Fibroblasten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt und schließlich f. die in und auf der Matrix B wachsenden Fibroblasten bis zur vollständigen Ausbildung des Dermisäquivalentes weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach der Einsaat der Zellen in Schritt e. dendritische Zellen mit dem Dermisäquivalent kokultiviert.19. The method according to claim 18 for the preparation of a dermis equivalent, characterized in that a. collagen that is difficult to dissolve from collagen-containing tissue, b. the sparingly soluble collagen is transferred by means of a mixing device into a homogeneous collagen suspension, c. the collagen suspension is lyophilized to produce a first matrix A, i. subjecting the first matrix A to cross-linking and thus creating a second, mechanically stabilized matrix B, e. The fibroblasts are seeded on the second matrix B and allowed to grow, and finally f. the fibroblasts growing in and on matrix B are further cultured until complete development of the dermis equivalent, before, during or after the seeding of the cells in step e. cocultivated dendritic cells with the dermis equivalent.
20. Verfahren nach Anspruch 18 zur Herstellung eines Epidermisäquivalentes, dadurch gekennzeichnet, dass man a. aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b. das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c. die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d. die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e. Keratinozyten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt und schließlich f. die in und auf der Matrix B wachsenden Keratinozyten bis zur vollständigen Ausbildung des Epidermisäquivalentes weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach der Einsaat der Keratinozyten in Schritt e dendritische Zellen mit dem Epidermisäquivalent kokultiviert.20. The method according to claim 18 for the preparation of an epidermis equivalent, characterized in that a. collagen that is difficult to dissolve from collagen-containing tissue, b. the sparingly soluble collagen is transferred by means of a mixing device into a homogeneous collagen suspension, c. the collagen suspension is lyophilized to produce a first matrix A, i. subjecting the first matrix A to cross-linking and thus creating a second, mechanically stabilized matrix B, e. Keratinocytes are seeded on the second matrix B and allowed to grow and finally f. the keratinocytes growing in and on the matrix B are further cultured until the epidermis equivalent is fully formed, coculturing dendritic cells with the epidermis equivalent before, during or after the keratinocytes are seeding in step e.
21. Verfahren nach Anspruch 18 zur Herstellung eines Ganzhautmodells, dadurch gekennzeichnet, dass man a. aus kollagenhaltigem Gewebe schwer lösliches Kollagen gewinnt, b. das schwer lösliche Kollagen mittels einer Mischvorrichtung in eine homogene Kollagensuspension überführt, c. die Kollagensuspension lyophilisiert und so eine erste Matrix A erzeugt, d. die erste Matrix A einer Vernetzung unterzieht und so eine zweite, mechanisch stabilisierte Matrix B erzeugt, e. Fibroblasten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt, f. Keratinozyten auf die zweite Matrix B einsät und wachsen lässt und schließlich g. die in und auf der Matrix B wachsenden Zellen bis zur vollständigen Ausbildung des dermalen und des epidermalen Teils des Ganzhautmodells weiter kultiviert, wobei man vor, während oder nach Einsaat der Zellen in Schritt e oder Schritt f dendritische Zellen mit dem Hautmodell kokultiviert.21. The method according to claim 18 for the preparation of a whole skin model, characterized in that a. collagen that is difficult to dissolve from collagen-containing tissue, b. the sparingly soluble collagen is transferred by means of a mixing device into a homogeneous collagen suspension, c. the collagen suspension is lyophilized to produce a first matrix A, i. subjecting the first matrix A to cross-linking and thus creating a second, mechanically stabilized matrix B, e. Seeding and growing fibroblasts onto the second matrix B, f. Keratinocytes are seeded on the second matrix B and allowed to grow and finally g. culturing the cells growing in and on the matrix B until complete formation of the dermal and epidermal portions of the whole skin model, co-culturing dendritic cells with the skin model before, during, or after seeding the cells in step e or step f.
22. Verfahren zur Herstellung eines Ganzhautmodells nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die dendritischen Zellen vor, während oder nach Einsaat der Keratinozyten in Schritt f mit dem Hautmodell kokultiviert werden.22. A method for producing a whole skin model according to claim 21, characterized in that the dendritic cells are cocultured before, during or after seeding of the keratinocytes in step f with the skin model.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem schwer löslichen Kollagen um ein grobfaseriges Kollagen handelt, das im wässrigen Medium über mehrere Stunden hinweg keine sichtbare oder nur geringe Quellung oder Gelbildung zeigt, vorzugsweise um schwer lösliches Kollagen aus den Sehnen von Tieren, insbesondere von Säugetieren, bevorzugt von Pferden, Schweinen oder Rindern, ganz besonders bevorzugt aus den Achillessehnen von Rindern.23. Method according to claim 18, characterized in that the sparingly soluble collagen is a coarse-fiber collagen which shows no visible or only slight swelling or gel formation in the aqueous medium over several hours, preferably poorly soluble collagen Collagen from the tendons of animals, in particular of mammals, preferably of horses, pigs or cattle, most preferably from the Achilles tendon of cattle.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Lyophilisierungsprozeß in Schritt c) mit einer Abkühlrate von bis zu 50 "C pro Stunde, insbesondere 5 0C bis 40 0C pro Stunde, vorzugsweise 10 0C bis 30 0C pro Stunde, besonders bevorzugt 15 0C bis 25 0C pro Stunde, ganz besonders bevorzugt von 18 0C bis 23 0C und noch stärker bevorzugt von 20 0C bis 22 0C pro Stunde durchgeführt wird.24. The method according to any one of claims 18 to 23, characterized in that the lyophilization process in step c) with a cooling rate of up to 50 "C per hour, in particular 5 0 C to 40 0 C per hour, preferably 10 0 C to 30 0 C per hour, more preferably 15 0 C to 25 0 C per hour, most preferably from 18 0 C to 23 0 C and even more preferably from 20 0 C to 22 0 C per hour is performed.
25. Ganzhautmodell, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24.25. Whole skin model, obtainable by a process according to one of claims 21 to 24.
26. Ganzhautmodell nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass hauttypische Proteine, insbesondere Elastin, exprimiert werden.26. Whole skin model according to claim 25, characterized in that typical skin proteins, in particular elastin, are expressed.
27. Dermisäquivalent, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 19.27. Dermis equivalent, obtainable by a process according to claim 19.
28. Epidermisäquivalent, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 20.28. Epidermis equivalent, obtainable by a process according to claim 20.
29. Verwendung eines Hautmodells gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, eines Ganzhautmodells gemäß den Ansprüchen 25 oder 26, eines Dermisäquivalentes gemäß 27 oder eines Epidermisäquivalentes gemäß Anspruch 28 zur Produktprüfung, insbesondere im Hinblick auf Wirksamkeit, unerwünschte Nebenwirkungen, Reiz-, Toxizitäts- und Entzündungswirkungen oder sensibilisierende bzw. allergieauslösende Wirkungen, oder Verträglichkeit von Substanzen.29. Use of a skin model according to any one of claims 1 to 17, a whole skin model according to claims 25 or 26, a dermis equivalent according to 27 or an epidermis equivalent according to claim 28 for product testing, in particular with regard to efficacy, undesired side effects, irritant, toxicity and inflammatory effects or sensitizing or allergenic effects, or tolerability of substances.
30. Verfahren zur Ablösung der Epidermis von einem Hautmodell, bevorzugt einem Epidermisäquivalent, besonders bevorzugt einem Ganzhautmodell, dadurch gekennzeichnet, dass die Epidermis des Hautmodells mit proteolytischen Enzymen, bevorzugt Thermolysin, behandelt wird. 30. A method for detaching the epidermis from a skin model, preferably an epidermis equivalent, more preferably a whole skin model, characterized in that the epidermis of the skin model with proteolytic enzymes, preferably thermolysin, is treated.
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