BIOTEK2021-Bioteknologi for verdiskaping

Mer enn 2 millioner laks brukes årlig til grunnforskning innen akvakultur i Norge, og utgjør 87% av alle forsøksdyr brukt her i landet. Eksperimenter med levende fisk er svært dyre og tidskrevende, og kan være etisk problematiske med tanke på dyrevelferd og miljø. Selv om det finnes labmodeller som benytter fiskeceller og ikke levende fisk, er disse utilstrekkelige modeller som ikke kan erstatte fiskeforsøk. Dette er i hovedsak på grunn av en mangel på kommersielt tilgjengelige strukturerte materialer som egner seg til kultivering av fiskeceller i et tredimensjonalt miljø. CABARET har vært en samarbeidsprosjekt mellom SINTEF, Havforskningsinstituttet og NTNU og har utviklet og evaluert alginat-baserte stillasmaterialer til 3D-kultivering av fiskeceller. Alginat danner termisk stabile hydrogeler under milde betingelser og er særlig godt egnet til kultivering av celler ved lav temperatur. Materialet og gelingsbetingelsene kan skreddersys for å få optimale mekaniske egenskaper til et bredt spekter av celle- og vevstyper. Alginat kan videre funksjonaliseres for biologisk interaksjon med cellene. Dette har vært demonstrert med høy effektivitet for humane celler, men krever fortsatt utvikling og optimalisering for fiskeceller. Prosjektet har videre etablert ny og viktig teknologi for å evaluere effekten av stillasmaterialer i liten skala og for et høyt prøveantall (high-throughput screening). Ved hjelp av robotiske systemer har 3D-kulturer blitt produserte, holdt ved like og høstet for analyser med automatiserte systemer som tillater oss å screene et høyt antall ulike stillasmaterialer og dyrkningsbetingelser. Dette har vært et nødvendig verktøy for å finne optimale materialer for fiskeceller som kan også brukes til kultivering av celler og vev fra andre organismer. Vi har vist at 3D-kultivering i alginatgeler kan gi en mer stabil og forlenget overlevelse av fiskecellene. Dette gjør at cellene som hentes fra en fisk kan gi mange flere labforsøk, og et lengre tidsvindu for analyser, sammenlignet med andre metoder. Prosjektet fant også at cellene hadde en høyere sensitivitet ovenfor miljøgifter i 3D-kultur sammenlignet med konvensjonelle 2D-kulturer, og en antatt mer fysiologisk riktig respons. CABARET har utviklet viktig teknologi for mer robuste cellebaserte forsøksmodeller og vil bidra til en fremtidig reduksjon av forsøksdyr. Resultatene fra prosjektet vil videreutvikles for mulig kommersialisering og i etterkant publiseres i vitenskapelig og populærvitenskapelige tidsskrift.

CABARET-Prosjektet har utviklet nye materialer og metoder for 3D-kultivering av lakseceller (lever- og hodenyreceller), samt metoder for karakterisering og anvendelse av cellekulturene innen forskning på fiskehelse. Gjennom genererte vitenskapelige data og målrettet formidling har prosjektet stimulert nye samarbeid, og tilrettelagt for fremtidig samarbeid, med nasjonale forskningsmiljøer og industri. Forskningspartnerne har utviklet ny kompetanse for utvikling av mer avanserte laboratoriemodeller både innenfor fiskeceller og humane celler, som vil implementeres i pågående og nye prosjekter. I tillegg til å generere data for potensiell patentering og fremtidig kommersialisering, har prosjektet etablert nye metoder som vil publiseres i vitenskapelig tidsskrift og utvide forskningsvirksomheten til prosjektpartnerne.

The project aims to develop novel scaffolds of sulfated alginate hydrogels for 3D cultivation of primary fish cells at low temperatures; the Cabaret assay kit. The kit will sustain function and viability of cells for in vitro analyses in an in vivo-like environment. The scaffolds will be optimized for primary Atlantic salmon cells and integrated into standardized assay kits for each cell type. Proof-of-principle will be improved viability and function of cells in relevant environmental toxicity screening assays. Salmon in aquaculture research constitute 87% of research animals used in Norway. Live fish experiments are costly and time-consuming, and 2D in vitro cell culture models existing today are too remote from in vivo conditions to replace animals, as the cells need to grow in a structured microenvironment to sustain functions. Commercially available scaffold materials cannot support viability and function of salmon cells, creating a market opportunity for novel materials. Sulfated alginate hydrogels have demonstrated great promise, and the Cabaret assay kits will allow the establishment of 3D in vitro assays as cost-effective alternatives to whole-animals in fish nutrition and toxicology research. Toward this end, a library of functionalized alginates will be generated by SINTEF and NTNU, and evaluated as scaffold materials and cell culture substrates. NIFES will perform screening assays to identify the best scaffolds for each primary cell type, and the qualifying materials will be included in the Cabaret assay kits. If both 2D cell culture and live fish experiments are partially replaced by the Cabaret assay kit, it will be possible to sell 25,000 kits yearly, corresponding to annual sales of 50-100 million NOK. Patents will be secured for developed materials, technology and/or applications, and for products and services. The project will proceed over two years, at an estimated budget of 6.2 million NOK for the partners SINTEF, NIFES, NTNU and SINTEF TTO.