Der Gastrointestinaltrakt ist eine der wichtigsten Schnittstellen zwischen Körper und Umwelt und spielt eine zentrale Rolle bei der Abwehr von Krankheitserregern. Störungen der Darmbarriere können durch pathogene Erreger, Immunmediatoren oder Stoffwechselprodukte ausgelöst werden und haben weitreichende gesundheitliche Folgen. Um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Darmepithel, Mikrobiota und Immunsystem besser zu verstehen, sind physiologisch relevante Modellsysteme erforderlich.

In diesem Projekt werden murine und humane Darm-Organoide als dreidimensionale in-vitro-Modelle etabliert und gezielt eingesetzt. Darm-Organoide werden aus primären Stammzellen gewonnen und bilden die Struktur und Funktion der intestinalen Barriere realitätsnah nach. Sie enthalten verschiedene spezialisierte Zelltypen wie Epithel-, Becher-, Paneth- und enteroendokrine Zellen und reagieren auf Umweltreize wie bakterielle Stoffwechselprodukte, Immunbotenstoffe oder Infektionen mit Pathogenen.

Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der Umsetzung des 3R-Prinzips (Replace, Reduce, Refine). Aus einer einzigen Maus können große Mengen an Organoiden generiert, langfristig kultiviert und kryokonserviert werden. Dadurch lassen sich zahlreiche Experimente wiederholt an identischem biologischem Material durchführen, was die Anzahl benötigter Versuchstiere deutlich reduziert. Gleichzeitig erlaubt die in-vitro-Untersuchung eine gezielte Analyse von Einflüssen wie Butyrat, IL-33 oder viralen und bakteriellen Erregern, ohne die Tiere direkt zu belasten.

Neben murinen Organoiden aus unterschiedlichen genetischen Hintergründen kommen auch humane Darm-Organoide aus Spender- oder Patientenbiopsien zum Einsatz. Dieser Ansatz verbessert die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen und erhöht die klinische Relevanz der Forschung. Perspektivisch werden die Organoide in Organ-on-Chip-Systeme integriert, um komplexe Interaktionen zwischen Epithel, Immunzellen und Pathogenen noch physiologischer abzubilden.

Langfristig trägt dieses Projekt dazu bei, Tierversuche nachhaltig zu reduzieren, die Belastung von Versuchstieren zu minimieren und gleichzeitig tiefere Einblicke in die Mechanismen der Darmbarriere zu gewinnen – ein wichtiger Schritt hin zu einer moderneren und verantwortungsvolleren biomedizinischen Forschung.