• Luconi, Michaela, Miguel A. Sogorb, Udo R. Markert, Emilio Benfenati, Tobias May, Susanne Wolbank, Alessandra Roncaglioni, Astrid Schmidt, Marco Straccia, and Sabrina Tait. 2022. Human-Based New Approach Methodologies in Developmental Toxicity Testing: A Step Ahead from the State of the Art with a Feto–Placental Organ-on-Chip Platform. International Journal of Environmental Research and Public Health 19, no. 23: 15828. 
• see also Human-Relevant NAMs for Developmental Toxicity Testing in the Scholarly Community Encyclopedia, 2022
• Mai, Patrick, Jörg Hampl, Martin Baca, Dana Brauer, Sukhdeep Singh, Frank Weise, Justyna Borowiec, André Schmidt, Johanna Merle Küstner, Maren Klett, Michael Gebinoga, Insa S. Schroeder, Udo R. Markert, Felix Glahn, Berit Schumann, Diana Eckstein, and Andreas Schober. 2022. "MatriGrid® Based Biological Morphologies: Tools for 3D Cell Culturing" Bioengineering 9, no. 5: 220. 
• Schmidt A, Schmidt A, Markert UR. The road (not) taken – Placental transfer and interspecies differences. Placenta 115, Nov 2021, Pages 70-77.
• Murrieta-Coxca JM, Aengenheister L, Schmidt A, Markert UR, Buerki-Thurnherr T, Morales-Prieto DM. Addressing microchimerism in pregnancy by ex vivo human placenta perfusion. Placenta. 2022 Jan;117:78-86. PMID: 34773744.
• Fuentes-Zacarías P, Murrieta-Coxca JM, Gutierrez-Samudio RN, Schmidt A, Schmidt A, Markert UR, Morales-Prieto DM: Pregnancy and pandemics: Interaction of viral surface proteins and placenta cells. BBA - Molecular Basis of Disease 2021.
• Heger J, Froehlich K, Pastuschek J, Schmidt A, Baer C, Mrowka R, Backsch C, Schleußner E, Markert UR, Schmidt A, 2018. Human serum alters cell culture behavior and improves spheroid formation in comparison to fetal bovine serum. Exp Cell Res, 365(1):57-65.
• Karolin Fröhlich, Julia I. Heger, Andre Schmidt, Astrid Schmidt, Yvonne Heimann, Amelie Lupp, Rikst Nynke Verkaik-Schakel, Gitta Turowski, Sibylle Loibl, Torsten Plosch, Udo R. Markert, 2018. Effects of breast cancer treatment on placental tissue. Poster and abstract, IFPA 2018 Tokyo conference (International Federation of Placenta Associations).

Dr. rer. nat. Astrid Schmidt

Dr. rer. nat. Jose-Martin Murrieta Coxca (ab 2023)

Apothekerin cand. Dr. rer. nat. Rachel Zabel (bis 2022)

cand. Dr. med. Johanna Liesa Gollasch

cand. Dr. med. Leon Philipp

Masterstudentin Aleksandra Kurova (2023)

Das Projekt OptoBiopsie wird im Programm ZIM des BMWi (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz) von 2022-2025 gefördert. Kooperationspartner aus Industrie und Hochschulen sind die Firma SQB Ilmenau, das Fachgebiet Nanobiosystemtechnik der TU Ilmenau und das Placenta-Labor des UKJ. 

Die humane Plazenta ist ein ethisch unkompliziert und weltweit permanent erhältliches Organ, das ein großes Potential für die Anwendung in toxikologischen Studien besitzt. Die Plazenta steht als komplettes Organ ex vivo in vitalem Zustand unmittelbar nach der Geburt zur Verfügung und hat gegenüber zahlreichen Tierversuchen den enormen Vorteil der Spezies-Spezifität. Die Plazenta kann genutzt werden für Fragestellungen der Toxizität von Substanzen, wie unter anderem Medikamente, Umweltschadstoffe, Kosmetik- und Lebensmittelzusätze oder auch Krankheitserreger. Die Plazenta kann als gesamtes Organ genutzt werden, aber für die meisten Fragestellungen sind kleine Gewebeproben ausreichend und ermöglichen größere Zahlen an Testungen an einer einzelnen Plazenta.

Das Ziel des Projektes ist, die Entnahme dieser Gewebeproben mittels eines intelligenten optisch kontrollierten automatisierten Biopsie-Systems zu standardisieren und zu beschleunigen, so dass in kurzer Zeit zahlreiche qualitativ ähnliche Proben aus einer Plazenta entnommen werden können, damit toxikologische Testungen an einer großen Zahl höchst gleichartiger Proben nach gleich langer Ischämiezeit (Zeit nach Verlassen des Körpers) durchgeführt werden können. Das Projekt soll mit Hilfe Künstlicher Intelligenz (KI) anhand optischer Erkennung ein automatisiertes System entwickeln, das auf der Oberfläche der Plazenta optimale Positionen für die Entnahme idealer Biopsien identifizieren kann. Das Placenta-Labor des UKJ wird zur Entwicklung dieser Leistungen durch die KI optische und biochemische Daten liefern, um das System zu trainieren. 

Hierdurch soll erreicht werden, dass über die Oberflächenerkennung Biopsien gleichartiger Gewebetypen entnommen werden können. Zu den wichtigsten unterscheidbaren Geweben zählen die fetalen Arterien, fetale Venen, fetale Zottenstämme und intervillöser Raum mit darin flottierenden Terminalzotten. Somit könnte eine Auswahl automatisiert werden, aber auch um Aspekte erweitert werden, wie es per Auge alleine nicht möglich wäre. Nachfolgende toxikologische Tests würden somit auf sehr ähnlichen Gewebeproben basieren und könnten an verschiedenen Standorten vereinheitlicht werden.

„Untersuchungen zu Induktion und Verzögerung von Seneszenz im Modell humane Plazenta-Explantate (Stichwort: Therapy-induced senescence, TIS)“

cand. Dr. med. Emily Könnecke

supervisor Dr. rer. nat. Astrid Schmidt

gefördert im Rahmen des IZKF 2023

Im Placenta-Labor bietet sich die besondere Möglichkeit, Plazenten direkt nach der Geburt in vitro zu kultivieren und somit ein humanes Modellsystem zu untersuchen. Hierfür werden Explantate über einen Zeitraum von bis zu zwei Wochen unter verschiedenen Bedingungen kultiviert. Es ist bekannt, dass der Syncytiotrophoblast (STB) in den ersten Tagen zunächst degeneriert und danach vom Cytotrophoblasten (CTB) wieder funktionell aufgebaut werden kann (1,2). Chuprin, 2013, zeigten, dass der STB im Gegensatz zum CTB sowohl Phänotyp als auch Marker für Seneszenz zeigt. Die Degeneration und Regeneration des STB aus dem CTB in Kultur unterliegt somit Seneszenz-Prozessen, die mit dem Fokus untersucht werden sollen, in welchem Umfang die Seneszenz der Plazentazotten gehemmt bzw. induziert werden kann. Dafür sollen Explantate unter verschiedenen Bedingungen mit Hinblick auf Induktion und Hemmung kultiviert werden und das Gewebe auf Seneszenzmarker untersucht werden. Geplant sind immunhistochemische Färbungen, Vitalitäts- und Hormonanalysen sowie elektronenmikroskopische Untersuchungen der Transformation der Mitochondrien als Marker für Seneszenz. Des Weiteren sind PCR-Analysen auf Seneszenzmarker im Gewebe sowie in extrazellulären Vesikeln aus Kulturüberständen angedacht.

1. Simán CM, Sibley CP, Jones CJP, Turner MA, Greenwood SL. 2001. The functional regeneration of syncytiotrophoblast in cultured explants of term placenta. American Journal of Physiology Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 280(4):R1116-R1122.
2. Schulz (2019) Optimierung der 14-tägigen Kultivierung von humanen Plazenta Explantaten mit anschließendem Toxizitäts-Assay (Masterarbeit, Placenta-Labor)
3. Chuprin A, Gal H, Biron-Shental T, Biran A, Amiel A, Rozenblatt S, Krizhanovsky V. 2013. Cell fusion induced by ERVWE1 or measles virus causes cellular senescence. Genes & Development, 27(21):2356-2366.

Investigation of uterine NK-cells and age in the infertile endometrium

cand. Dr. med. Anne-Christin Wrzal

supervisor Dr. rer. nat. Astrid Schmidt

gefördert im Rahmen des JSAM 2021/ 2022

Uterine Natural Killer (uNK) cells in the endometrium are required for successful implantation and placentation. In contrast to cytotoxic peripheral blood NK cells endometrial uNKs are immunoregulatory [1]. Nevertheless, patients with fertility problems show lower or higher uNK cell concentration compared to a mid range in fertile women [2]. The aim of this study is to determine, whether indications of senescence can be found in the endometrium of patients with Recurrent Implantation Failure (RIF) and if so whether the expression of this senescence markers is associated with the age of the patient and/or the uNK cell concentration. The number of CD56+ uNK cells, CD138+ plasma cells and CD16+ cells as well as the expression of the senescence markers p16 and DIO2 were assessed by immunohistochemistry in endometrial biopsies from 63 RIF patients and 10 healthy controls (day 19-22). Pathologic and CD138 positive patients were excluded. An exemplary proteome analysis was performed using mass spectroscopy by using the eFASP method. Multiplex staining was performed to visualise the spacial relationships between the markers p16, DIO2, CD56, CK AE1/AE3 and CD31. Initial analyses show increased expression of senescence markers in RIF patients compared to healthy controls. In the groups with high uNK cell counts (>300 cells/mm2 ), a higher senescence marker expression was found than in the group with low concentrations (<100 cells/mm2). This findings will be validated by further data analysis of this study.

[1] S. Farag, M.A. Caligiuri, Human natural killer cell development and biology, Blood Rev 20(3) (2006) 123-37.

[2] Chiokadze, C. Bär, J. Pastuschek, B.V. Dons'koi, K.G. Khazhylenko, E. Schleussner, U.R. Markert, R.R. Favaro, Beyond Uterine Natural Killer Cell Numbers in Unexplained Recurrent Pregnancy Loss: Combined Analysis of CD45, CD56, CD16, CD57, and CD138, Diagnostics (Basel) 10(9) (2020).

Master student: Karthika Muthuraj

Multiplex analysis of human placenta explants after long-term culture in different heavy metals.