Miniaturisierte Modelle von Organen helfen bei Medikamententests

Miniaturisierte Organe auf einem Chip ermöglichen es, Arzneimittel zu testen. Eine Forschungsgruppe hat jetzt ein Organ-on-a-Chip-System mit naturgetreu nachgebildeten Blutgefäßen entwickelt.

Egal ob Infektionskrankheiten wie Ebola oder Aids oder gegen alters- und umweltbedingte Erkrankungen wie Alzheimer oder Krebs – neue Medikamente sind weltweit gefragt. Die Produktion potenzieller Wirkstoffe ist zwar einfacher geworden, die anschließenden klinischen Studien sind jedoch langwierig und teuer. Darüber hinausgehen Tests neuer Medikamente am Menschen mit Risiken einher. Moralisch und ethisch bedenklich sind auch Versuche an Tieren. Zudem sind sie zeit- und kostenaufwendig und lassen sich aufgrund des unterschiedlichen genetischen Hintergrunds nicht ohne weiteres auf den Menschen übertragen.

3-D-Drucktechniken auf einem Chip

Forscher entwickeln daher sogenannte Organ-on-a-Chip-Systeme: Aus Zellen von gesunden Menschen und Patienten werden miniaturisierte Organe mit 3-D-Drucktechniken auf einem Chip aufgebracht. Die Forschungsgruppe von Professorin Ute Schepers am Institut für Toxikologie und Genetik (ITG) des KIT Karlsruhe hat ein solches System entwickelt, das sich durch ein naturgetreu nachgebildetes Blutgefäßsystem mit runden, porösen Kanälen auszeichnet. In der Ausgründung vasQlab des KIT entwickelt Schepers den „vasQchip“ mit Wissenschaftlern verschiedener Disziplinen weiter. Darunter auch die Doktorandin Vanessa Kappings, die am KIT Chemische Biologie studiert hat und auf dem Gebiet des Tissue Engineering, das heißt der künstlichen Herstellung biologischer Gewebe, tätig ist.

Wirkstoffe automatisiert testen

Auf dem „vasQchip“ gelangen die zu testenden Wirkstoffe über die künstlichen Blutbahnen in die miniaturisierten Organe. Deren Reaktion lässt sich automatisiert auswerten. So lassen sich Wirkung und Verträglichkeit eines Wirkstoffs bereits in der präklinischen Phase untersuchen, ohne auf Experimente an Tier oder Mensch zurückzugreifen.

Mit der Miniaturisierung ist es möglich, tausende Tests auf kleinsten Raum zu parallelisieren und zu automatisieren. Derzeit entwickelt das Team durchblutete Haut-, Leber-, Darm- und Hirnmodelle sowie Tumormodelle und an der Kombination verschiedener miniaturisierter Organe auf einem Chip.

„Unser Ziel ist, der Pharmaindustrie und auch der Kosmetikindustrie geeignetere Alternativen zu Tierversuchen zu liefern und sie von den Vorteilen zu überzeugen: präzisere Vorhersagbarkeit der Wirkung auf den Menschen, geringere Kosten sowie Schonung von Mensch und Tier“, erklärt Vanessa Kappings. Die Doktorandin widmet sich zurzeit vor allem der Entwicklung von verschiedenen Tumormodellen.