Zytotoxizitätstest für die Biomedizin und Ökotoxikologie

Experimentelle Untersuchungen an lebenden menschlichen und tierischen Zellen mithilfe biologischer Prüfverfahren und zellbasierter Assays - wie etwa Zytotoxizitätstests - spielen sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der angewandten biomedizinischen Forschung eine zentrale Rolle. Durch die Kultivierung von Zellen aus verschiedenen Organen und Geweben im Labor sind Hochdurchsatz-Experimente an lebenden Modellen möglich – und das ganz ohne Tierversuche.

Das Leistungsangebot des Fraunhofer EMFT in diesem Bereich umfasst Entwicklung, Anpassung und Optimierung von Sensoren oder Assays für 2D oder 3D-Gewebemodelle. Das Team am Standort Regensburg bietet Beratung über Assay-Design, geeignete Detektionsprinzipien, Materialauswahl, deren Funktionalisierung und Integration in individuelle Untersuchungsumgebungen bis hin zur Datenanalyse, sowie Machbarkeitsstudien für spezielle Assayformate und –technologien. Ein breites Spektrum an markierungsfreien oder molekularen Assays sowie verschiedenen Kombinationen ist etabliert und kann zielgenau auf vorgegebene Fragestellungen aus Biomedizin, Biotechnologie oder Ökologie angewandt werden.
 

Beurteilung der Biokompabilität von Medizinprodukten und Wirkstoffen

Moderne Medizinprodukte und pharmazeutische Wirkstoffe müssen höchste Anforderungen an die biologische Verträglichkeit erfüllen. Um sicherzustellen, dass Materialien keine schädlichen Auswirkungen auf menschliche Zellen und Gewebe haben, kommen verschiedene Zytotoxizitätstests zum Einsatz. Diese Verfahren ermöglichen die verlässliche Bewertung der Biokompatibilität im Labor und bilden die Basis für die Zulassung und Weiterentwicklung neuer Produkte. Besonders bedeutend sind Tests mit zeitaufgelöster Information, die neben klassischen Endpunktassays eine tiefergehende Analyse der Zellreaktionen bieten.

Ein zentraler Bestandteil dieser Zytotoxizitätstests sind der Kontakttest und der Extraktetest, die unterschiedliche Aspekte der Wechselwirkung zwischen Material und Zellen beleuchten.

Beim Kontakttest wird die Probe direkt auf eine Zellkultur gegeben. Nach einer Phase der Inkubation, die in der Regel zwischen 24 und 96 Stunden dauert, wird überprüft, wie die Zellen auf den direkten Kontakt mit dem Material reagieren. Zeigen die Zellen normales Wachstum und eine hohe Vitalität, gilt die Probe als zytokompatibel und somit biokompatibel. Bleibt das Zellwachstum aus oder sterben die Zellen ab, spricht dies für eine zytotoxische Wirkung der Probe.

Vorteile

• zeigt unmittelbare Wechselwirkung des Materials mit Zellen bei physischem Kontakt
• geeignet für Materialien, die als Zellträger oder -kontaktoberfläche eingesetzt werden
• ermöglicht die Bewertung toxischer Einflüsse, bevor das Produkt eingesetzt wird

Diese Methode eignet sich besonders, um Materialien zu testen, die später direkten Kontakt mit Körpergewebe haben, wie beispielsweise Implantate, Wundauflagen oder Kontaktlinsen. Bei mikroskopischer Analyse können auch unterschiedliche Bereiche eines Materials oder die Schnittstellen zwischen zwei Materialien lokal analysiert werden.

Der Extraktetest überprüft hingegen, ob ein Material während seiner Nutzung schädliche Substanzen freisetzt, die für die Zellen toxisch sein können. Dafür wird die Probe zuerst in ein Extraktionsmedium eingelegt, sodass sich eventuell lösliche Substanzen aus dem Material lösen. Der erhaltene Extrakt wird anschließend auf eine Zellkultur gegeben. Über Zellviabilitätstests (z.B. Stoffwechselassays) wird geprüft, ob extrahierte Substanzen zytotoxisch sind.

Vorteile

• zeigt, ob Materialien unter realen Einsatzbedingungen Schadstoffe freisetzen könnten
• besonders relevant für Materialien, die längere Zeit im Körper bleiben oder mit Körperflüssigkeiten in Kontakt kommen
• verwendbar für verschiedenste Materialtypen, unabhängig von deren Struktur und Form

Anwendung findet der Extrattest beim Screening von Medizinprodukten, Werkstoffen und Umweltproben auf potentiell freisetzbare giftige Substanzen.

Beide Testverfahren liefern somit entscheidende Informationen zur Sicherheit von medizinischen Materialien und Wirkstoffen. Sie helfen, ihre unmittelbare Wirkung sowie das Risiko schädlicher Auswaschungen zu beurteilen und damit einen wichtigen Beitrag zum Schutz der Gesundheit zu leisten.

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