Tests an gezüchteten Mini-Organen
Mit bloßem Auge nicht wahrnehmbare Organe haben Berliner Wissenschaftler kultiviert. Und einen simulierten Blutkreislauf gibt es auch. Mit den gezüchteten Mini-Organen lassen sich Nebenwirkungen von neuen Medikamenten und Kosmetika genauer ermitteln als mit Tierversuchen. Das funktioniert mit einem neu entwickelten Biochip.
TU-Wissenschaftler Dr. Uwe Marx mit dem Multiorgan-Chip unterm Mikroskop.
Foto: Phillipp Arnoldt/TU Berlin/PR
Jährlich leiden oder sterben Millionen Tiere bei Versuchen mit neuen Medikamenten und Kosmetika. Die Ergebnisse sind oft nicht aussagekräftig, weil Menschen anders reagieren als etwa Affen. Darunter müssen dann die Freiwilligen leiden, die nach den Tierversuchen getestet werden. Jetzt naht Abhilfe.
Forscher aus Berlin und Dresden züchten Zellen und ganze Organe im Mikroformat. Verbunden werden sie mit unvorstellbar dünnen Kanälen, durch die winzige Mengen eines Nährmediums fließen, im Extremfall gerade mal 0,5 Millionstel Liter pro Sekunde. Die Anordnung ähnelt dem menschlichen Blutkreislauf.
Winzig, aber voll funktionsfähig
Wissenschaftler vom Fachgebiet Medizinische Biotechnologie der Technischen Hochschule Berlin züchten Organnachbildungen, die so klein sind, dass das menschliche Auge sie nicht sieht. Die dreidimensionalen lebenden Gebilde simulieren die komplette Funktion des jeweiligen Organs im Maßstab eins zu 100.000. Ausgangsmaterial sind wenige lebende Zellen aus Leber, Gehirn, Haut, Niere oder Darm. Das ist noch Zukunftsmusik. Haut und Darminnenwände haben sie bereits kultiviert.
Mit dem kompakten Multiorgan-Chip (Größenvergleich Ein-Euro-Münze) und dessen drei separaten Mikrokreisläufen können Forscher die Regeneration von bestimmten Nierenzellen untersuchen.
Quelle: Fraunhofer IWS
Für die Fluidik, also den Flüssigkeitstransport durch die Zellhäufchen, sind Kollegen des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik zuständig. Das Berliner Unternehmen TissUse, eine Ausgründung aus der TU Berlin, setzt die wissenschaftlichen Erkenntnisse in Produkte um.
Verlässliche Vorhersagen sind möglich
„Die Mikroorgane liefern uns Ergebnisse, die die natürliche Reaktion menschlicher Organe zum Beispiel auf Medikamente, Kosmetika, Chemikalien oder anderen Produkten in einzigartiger Weise verlässlich vorhersagbar machen“, sagt der Berliner Biotechnologe Uwe Marx vom Entwicklerteam, der gleichzeitig Geschäftsführer von TissUse ist. Das Nährmedium wird mit dem Stoff angereichert, der untersucht werden soll. Dann startet der simulierte Blutkreislauf durch die Zellhäufchen, später auch durch komplette Miniorgane. Diese Strömung ist unabdingbar, weil lebendes Gewebe nur dann natürlich reagiert.
Biotechnologe Uwe Marx ist überzeugt, dass mit dem Chip das Leid von Abermillionen Tieren reduziert wird und Entwicklungskosten eingespart werden.
Quelle: Phillipp Arnoldt/TU Berlin/PR
Der Biochip, wie die Forscher ihre Entwicklung nennen, hat derzeit drei Experimentierplätze, zu denen Mikrokanäle für den Nährmedium-Kreislauf führen. Die Plätze können mit unterschiedlichen Organen bestückt werden.
„Wir reduzieren das Leid von Abermillionen Tieren sowie die Anzahl der Versuchspersonen in klinischen Studien bei gleichzeitig sinkenden Entwicklungskosten“, sagt Marx. Im jetzigen Stadium lässt sich das Biotechnik-System bereits für Tests von Kosmetika nutzen.
Um die Auswirkungen von Feinstaub auf die menschlichen Atemwege zu ermitteln haben Biologen und Verfahrenstechnikern am Karlsruher Institut für Technologie einen Simulator entwickelt, der genau so reagiert wie der natürliche Atemtrakt. Auch mit dieser Maschine, die allerdings ein paar Nummern größer ist als die der Berliner und Dresdner Wissenschaftler, lassen sich Tierversuche ersetzen.
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