Standardisierung eines Hepatozyten- Bioreaktorsystemes für in vitro- Metabolismusstudien als Alternative zum Tierversuch

Zusammenfassung

Eine wesentliche Voraussetzung für die Standardisierung von in vitro-Kulturmodellen zum Xenobiotikametabolismus als Alternative zum Tierversuch ist der Erhalt eines definierten Differenzierungsgrades der Zellen. Dazu ist eine möglichst hohe Annäherung an die in vivo- Verhältnisse der Zellen im intakten Organ erforderlich. Ein Hepatozyten-Bioreaktor wurde entwickelt, der eine Reorganisierung von Hepatozyten und Nichtparenchymzellen der Leber zu dreidimensionalen, gewebeähnlichen Strukturen mit Produktion einer eigenen extrazellulären Matrix durch die Zellen ermöglicht. Die Versorgung der Zellen erfolgt über miteinander verwobene, aber unabhängige Kapillarsysteme für die Nährstoffzufuhr, die Metabolitenentsorgung, sowie für die Gasversorgung. Kurzzeitanwendungsstudien über 14 Tage zeigen, daß die Zellen nach einer Adaptationsphase über den Versuchszeitraum ihre Kapazität zur Proteinsynthese und zum Cytochrom P450-abhängigen Xenobiotika- Metabolismus aufrechterhalten. Die Voraussetzungen für die Durchfuhrung von Langzeitversuchen unter konstanten und reproduzierbaren Bedingungen wurden durch die Konstruktion eines Monitors mit einer automatischen, druckkontrollierten Pumpensteuerung und mit Einrichtungen zur kontinuierlichen Temperatur- und Gasregulierung geschaffen.

Summary

An important consideration for the standardization of in vitro culture models for studies on xenobiotic metabolism as an alternative to animal experiments is the maintenance of a defined degree of cell differentiation. A hepatocyte bioreactor was developed which allows the reorganization of hepatocytes and nonparenchymal cells of the liver to form three-dimensional, tissue-like structures including extrazellular matrix components produced by the cells. Distinct capillary systems in the reactor interior provide for nutritional support, removal of metabolic products and gas supply, respectively. Short-term studies on hepatocytes cultured for 14 days in bioreactors show that the cells preserve their capacity of protein synthesis and of cytochrome P450-dependent xenobiotic metabolism during the whole culture period. The introduction of an automated, pressure-regulated pump control unit and the construction of equipments for continuous temperature and gas regulation enable the performance of long-term metabolic studies under constant, reproducible conditions.