Ärzte Zeitung online, 23.10.2018

Statt Tierversuche

Multiorgan-Chip hilft, neue Arzneien zu testen

Ein Multiorgan-Chip, groß wie eine Tablettenschachtel, ahmt den menschlichen Blutkreislauf nach. Wird eine Testsubstanz in das System eingeleitet, können Forscher analysieren, wie ein Mensch auf ein neues Medikament reagieren würde. Tierversuche könnten damit überflüssig werden.

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Ein Multiorgan-Chip mit Pumpen und Ventilen (rote Punkte) sowie den Kammern für Organe, Gewebe, Blut und die Wirkstoffe, die untersucht werden sollen.

© Fraunhofer IWS Dresden

DRESDEN. Einen Multiorgan-Chip, der den Blutkreislauf und die Organe von Mensch und Tier simuliert, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Dresden entwickelt. Das Mikrolabor soll der Industrie helfen, neue Medikamente und Kosmetika zügiger als bisher zu entwickeln. Außerdem soll es Tierversuche überflüssig machen.

Simulation von Herzinfarkten

Die Ingenieure vom IWS setzen ihre Multiorgan-Chips dabei aus mehreren Ebenen zusammen, berichtet das Institut. Zunächst werden mit einem Laser in Kunststofffolien die späteren Blutbahnen, Kammern für Organzellen und andere Funktionselemente geschnitten. Diese Folien werden dann übereinandergestapelt, miteinander verbunden und um Sensoren, Ventile, Pumpen, Anschlüsse, Stoffaustauscher und elektronische Ansteuerungen ergänzt. Der so zusammengefügte Multiorgan-Chip messe etwa drei mal zehn Zentimeter und sei damit etwa so groß wie eine Tablettenschachtel.

Die Kammern im Multiorgan-Chips ließen sich mit Zellen der Leber, des Herzens oder anderer Organe befüllt werden. Werde dann der künstliche Blutkreislauf in Gang gesetzt und der jeweilige Testwirkstoff in das System eingeleitet, können Wissenschaftler analysieren, wie ein Tier oder ein Mensch auf das jeweilige Medikament oder Kosmetikprodukt reagieren würde.

"Der Multiorgan-Chip bildet auch die unterschiedlich starke Durchblutung von Organen nach", wird IWS-Systementwickler Dr. Frank Sonntag in der Mitteilung zitiert. "Im menschlichen Körper benötigen die verschiedenen Körperteile Organe und Gewebe unterschiedlich viel Blut", erläutert Sonntag das Konzept. So werde etwa das Gehirn ja viel stärker durchblutet als die Augen. Zudem hätten menschliche Organe parallele Blutversorgungen. "Deshalb wurden die Organkammern auf den Chips nun auch mit parallelen Kanälen verbunden, deren Durchflussmengen einzeln geregelt werden können", berichtet Sonntag.

Mikroskopisch kleine Ventile machen es außerdem möglich, Infarkte zu simulieren, berichtet das IWS: Per Softwarebefehl können bestimmte Blutbahnen verriegelt werden, um beispielsweise zu überprüfen, wie und in welcher Zeit Neurone auf einen Infarkt reagieren.

In Praxistests bewährt

In zahlreichen medizinischen Praxistests habe sich das Mikrofluidsystem bereits bewährt. "Die in den Chips getesteten Zellen sind etwa einen Monat lang lebensfähig", berichtet Dr. Udo Klotzbach vom IWS. Die Organzellen überlebten damit im Multiorgan-Chip deutlich länger als in klassischen Petrischalen. Zwar ersetze der Multiorgan-Chip den Test am lebenden Organismus nicht vollständig, der Chip könne aber in der langen Kette bis zur Marktzulassung viele Tierversuche überflüssig machen, heißt es in der Mitteilung.

Ausgezeichnete Forschung

Als Nächstes wollen die Wissenschaftler weitere Sensoren integrieren, beispielsweise Bauelemente, die einige Analysen gleich auf dem Chip ermöglichen. Auch könnten Konzepte des Maschinellen Lernens in das System integriert werden, um die Analyseergebnisse zu verbessern.

Für ihre Entwicklung wurden die HWI-Wissenschaftler am 16. Oktober mit einem "EARTO Innovation Award" ausgezeichnet. Gestiftet wird der Preis von der Non-Profit Organisation "European Association of Research and Technology Organisation" (EARTO). (eb/bae)

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