Multiorgan-Chip simuliert Wirkung

DRESDEN. Eine Alternative zu Tierversuchen bietet ein Chip mit einem Miniorganismus. Damit lassen sich Stoffwechselvorgänge realitätsnah analysieren. Denn um die Wirkung einer Substanz zu verstehen, genügt es nicht, sie an einzelnen Gewebeproben oder Zellen zu testen, da der Effekt meist systemisch ist.

Oft entstehen erst durch Stoffwechselvorgänge toxische Verbindungen, die wiederum nur bestimmte Organe schädigen, wird in einer Mitteilung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff und Strahltechnik IWS Dresden erläutert.

Der dort entwickelte Multiorgan-Chip stellt einen Miniorganismus im Maßstab 1:100.000 zum Menschen dar. An mehreren Positionen lassen sich Zellen aus verschiedenen Organen aufbringen. Diese Mini-Organe sind durch winzige Kanäle verbunden, die den Blutkreislauf simulieren.

Eine Mikropumpe befördert - ähnlich wie das Herz - kontinuierlich flüssiges Kulturmedium durch die Kanäle, und zwar mit einer Fördermenge von unter 0,5 Mikroliter pro Sekunde. Eine Strömung ist wichtig, da manche Zelltypen sich nur dann authentisch verhalten. Dabei ist das Verhältnis zwischen Zellprobe und flüssigem Medium realitätsgetreu.

Den genauen Aufbau des Chips - die Zahl der Mini-Organe und die Verbindung mit den Mikrokanälen - können die Forscher jeweils an die Anwendungen anpassen. Es lassen sich sowohl Medikamente testen als auch Kosmetika auf ihre Hautverträglichkeit untersuchen.

Zunächst bestücken die Wissenschaftler den Chip mit verschiedenen Zellproben. Dann wird der Wirkstoff über das Medium der Probe desjenigen Organs zugeführt, an dem der Stoff in den Blutkreislauf eintreten würde, etwa an der Darmwand.

Auf dem Chip laufen dann die gleichen Stoffwechselreaktionen wie im Organismus ab. Verwendet werden Zellproben von Männern und Frauen, von Menschen unterschiedlicher Ethnien und mit Unterschieden in Körpergröße und -Gewicht.

Die Forscher sehen genau, welche Metaboliten sich bilden und wie sie auf andere Zellen wirken. Die Ergebnisse seien sogar aussagekräftiger als Tierexperimente, da die Wirkungen bei Maus oder Ratte sich nicht eins zu eins auf den Menschen übertragen ließen, so die Mitteilung.

Bei einigen Unternehmen, etwa der Kosmetikindustrie, sei der Chip schon im Einsatz. Ein weiteres Gebiet sind Nierenerkrankungen: Hier könne die Regeneration von Endothelzellen nach einer Schädigung beobachtet werden. Bei In-vitro-Tests gab es das Problem, dass diese Zellen nur unter Strömung funktionieren. (eb)