BBZ Leipzig 3-D-Chip soll das Gesundheitswesen revolutionieren

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Ein am Biotechnologisch-Biomedizinischen Zentrum (BBZ) der Universität Leipzig entwickelter Chip könnte das Gesundheitswesen revolutionieren. Der Chip kann zur Diagnostik, Therapie und Therapiekontrolle eingesetzt werden. Teure und ethisch bedenkliche Medikamententests an Tieren könnten so der Vergangenheit angehören.

Firmen zum Thema

Revolutioniert dieser am BBZ der Universität Leipzig entwickelte 3-D-Chip das Gesundheitswesen?
Revolutioniert dieser am BBZ der Universität Leipzig entwickelte 3-D-Chip das Gesundheitswesen?
( Archiv: Vogel Business Media )

Eine mögliche Anwendung wäre das Beurteilen der Wirksamkeit von Krebsmedikamenten. Darüber hat das renommierte Fachblatt Chemistry World der Royal Society of Chemistry berichtet. Doch die Möglichkeiten des Chips gehen weit darüber hinaus. Krebsmedikamente können innerhalb von Millisekunden getestet werden. Für den Laien auf den ersten Blick ein gewöhnliches Computerbauteil. Doch Professor Robitzki lenkt den Blick auf die spiegelnde Oberfläche, auf der kleine Einkerbungen erkennbar sind. „In diese Kavitäten oder Töpfchen können wir Gewebeproben einlegen und anschließend Wirkstoffe einbringen“, erläutert die Professorin für molekularbiologisch-biochemische Prozesstechnik am BBZ.

Tests innerhalb von Millisekunden durchführen

So geschehen mit Proben von Melanomen, dem gefürchteten Schwarzen Hautkrebs, die mit Wirkstoffen verschiedener Krebsmedikamente behandelt wurden. An den kleinen Töpfchen des Chips liegen vier Elektroden an, die Ströme durch das Untersuchungsgut leiten. „Wenn der Wirkstoff zum Tod der Krebszellen führt, dann werden die Zwischenräume im Gewebe größer und der elektrische Widerstand des Gewebes sinkt“, erklärt die Wissenschaftlerin. Innerhalb von Millisekunden kann hier nachgewiesen werden, wofür man im Labor mit herkömmlichen Methoden wie der mikroskopischen Untersuchung von Gewebeschnitten Wochen benötigten.

Auch bei der schwierigen Behandlung von Brustkrebs könnte der Chip von Nutzen sein. Da Tumore sehr individuell sind, ist eine Therapie solcher Karzinome schwierig und die Wahl des geeigneten Medikaments problematisch. Auf den individuellen Tumor könnte die Medizin mit einer individuellen Therapie reagieren.

Langzeitbeobachtungen sind erstmals möglich

Damit wäre nicht nur den Ärzten und Patientinnen geholfen, sondern auch ein zusätzliches Risiko würde minimiert: Kommt nämlich ein für den Tumor ungeeigneter Wirkstoff zum Einsatz, kann sich als Effekt infolge einer Resistenz auch ein aggressiveres Wachstum der Krebszellen einstellen. Dies konnten die Leipziger Wissenschaftler schon nachweisen. Mit dem Chip sind Langzeitbeobachtungen möglich, die im Labor nicht zu realisieren sind.

Im Labor wird zu einem mehr oder weniger willkürlich gewählten Zeitpunkt festgelegt, wann die Zellen untersucht und dafür zerstört werden müssen. Wenn aber die Nebenwirkung oder ein unerwünschter Effekt drei Stunden später eintritt, kann er mit der untersuchten Probe nicht nachgewiesen werden. Im Chip hingegen wird lebendes Gewebe untersucht, ohne das es dabei beeinflusst oder zerstört werden muss.

Herzrhythmusstörungen entgegenwirken

Doch auch bei anderen Geweben kann der 3-D-Chip zur Anwendung kommen. Professor Robitzki nennt als Beispiel den Herzmuskel. An diesen Zellen sind die gleichen Kontraktionen zu beobachten wie bei einem schlagenden Herzen. Arbeitet das Organ nicht richtig, so entstehen die berüchtigten Herzrhythmusstörungen. Mit dem neuen Chip ist es möglich, die Zellen des Muskels mit Wirkstoffen zu versorgen, die den Rhythmusstörungen entgegenwirken. Und nicht nur das: Anhand der gemessenen Reaktion lässt sich feststellen, ob das verabreichte Mittel zu Nebenwirkungen führt.

Neue Medikamente schneller testen

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Entwicklung neuer Arzneimittel. Von Millionen von Substanzen oder Wirkstoffkandidaten ausgehend werden in aufwändigen Verfahren für die gewünschte Wirkung ungeeignete Stoffe ausgesondert, die verbleibenden werden in Tier- und klinischen Versuchen getestet bevor schließlich ein Medikament Marktreife hat. Der Prozess dauert derzeit 10 bis 15 Jahre. Mit dem Leipziger-Chip könnte nicht nur die Entwicklungszeit drastisch verkürzt, sondern zudem die Zahl der notwendigen Tierversuche dramatisch reduziert werden, weil die Experimente viel gezielter sind.

Bundesregierung fördert das Projekt mit 1,5 Mio. Euro

Rund ein Jahr Entwicklungszeit steckt in dem neuen Chip, der sich als wahrer Alleskönner beweist. Doch der Aufwand hat sich gelohnt: Es konnte ein Modell geschaffen werden, in dem viele Informationen gleichzeitig abgerufen und mehrere Wirkstoffe parallel getestet werden können. Dabei sind geringe Wirkstoffmengen notwendig und die Ergebnisse sind in Echtzeit sichtbar.

Als ein mitteldeutsches Konsortium aus dem BBZ, der Keyneurotek Pharmaceuticals Magdeburg, dem Fraunhofer-Institut für Fabrik- und Automationstechnologie Magdeburg sowie dem Zentrum für Mikro- und Nanotechnologie der TU Ilmenau wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in den kommenden drei Jahren mit 1,5 Mio. € gefördert.

(ID:260270)