Organstrukturen auf Chips: TU Wien fertigt erfolgreich künstliche Plazenta mit dem 3D-Drucker

 15. August 2018  Andreas Krämer  

Forschern der TU Wien ist es gelungen mit einem 3D-Drucker eine künstliche Plazentabarriere auf einem Chip herzustellen. Diese Entwicklung hilft in Zukunft dabei wichtige Bio-Membranen besser zu verstehen und Forschungsfragen zu klären, etwa über den Glucose-Austausch zwischen Mutter und Kind.

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Von der TU Wien wurde jetzt eine künstliche Plazentabarriere auf einen Chip mit einem 3D-Drucker hergestellt. Die Plazenta übernimmt im Körper einer Mutter eine zentrale Aufgabe, die darin besteht, elementare Substanzen mit dem ungeborenen Kind auszutauschen. Zugleich wird anderen Stoffen der Zugang verwehrt. Wovon die Durchlässigkeit der Plazenta abhängig ist, konnte noch nicht ermittelt werden.

Ein spezielles lasergesteuertes 3D-Druckverfahren fertigt aus Hydrogelen hochgenaue Formen, die im Anschluss mit Plazenta-Zellen besiedelt werden. Auf diese Weise sollen wichtige wissenschaftliche Fragen beantwortet werden, wie zum Beispiel den Glukose-Austausch, der zwischen Mutter und Kind stattfindet.

Die Forscher der TU Wien arbeiten an der Nachbildung von Organstrukturen auf kompakten Chips mit dem Ziel, zentrale Aspekte der jeweiligen Funktion unter kontrollierten Bedingungen analysieren zu können.

Wie Denise Mandt, die innerhalb ihrer Diplomarbeit an dem Projekt mitwirkte, in einer Pressemitteilung de TU Wien beim „Informationsdienst Wissenschaft“ erklärte, bestehe der Chip aus zwei Bereichen: der erste sei ein Fötus und der zweite die Mutter. Zwischen den beiden Bereichen wurde dann per 3D-Druck eine Trennwand in Form einer künstlichen Plazentamembran hergestellt. Mehr Informationen dazu liefert auch die wissenschaftliche Publikation „Fabrication of placental barrier structures within a microfluidic device utilizing two-photon polymerization“ im „International Journal of Bioprinting“ (ansehen researchgate.net; 4,2, D. Mandt et al., (2018)).

Künstliche Plazenta aus dem 3D-Drucker
Forschungen an dem 3D-Druck einer künstlichen Plazenta (Bild © D. Mandt et al./TU Wien; researchgate.net).

„Organ-on-a-Chip“-Technologie als revolutionärer Ansatz in der Biomedizin

Seit Jahren arbeitet die TU Wien an hochauflösenden 3D-Druckverfahren mit denen per Laserstrahl Materialien ausgehärtet und auf den Mikrometer genau in die gewünschte Form gebracht werden. Laut Prof. Aleksandr Ovsianikov, vom Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie, werde nach dem Vorbild der echten Plazenta eine Oberfläche mit kleinen, gewundenen Zotten hergestellt. Auf diesen Zotten würden sich dann Plazentazellen ansiedeln und eine Oberfläche generieren, die der natürlichen Plazenta sehr ähnlich sind.

Die „Organ-on-a-Chip“-Technologie sei ein revolutionärer Ansatz in der Biomedizin, welcher in den vergangenen Jahren großes Interesse in der klinischen Diagnostik, Biotechnologie und Pharmazie erzeugt habe, erläuterte Prof. Peter Ertl, Leiter der Cell-Chip-Forschungsgruppe, der einen erheblichen Anteil an dem Projekt hatte.

Wie er weiter ausführte, soll die Erzeugung menschlicher Miniorgane am Chip dazu führen, dass patientenspezifische Therapieansätze entwickelt werden können. Zudem könnten damit Tierversuche ersetzt werden.

Wichtige biologische Messdaten wie Druck, Temperatur, Geometrie und Nährstoffversorgung der Miniorgane, sowie die Medikamentenzugabe lassen sich am Chip exakt kontrollieren. Krankheitsverläufe und Heilungsraten können hier genau beobachtet werden. In ersten Tests ließ die künstliche Plazenta am Chip keine Moleküle durch und hielt große auf, wie es die reale Plazente auch machen würde. Das Modell dient jetzt dazu, gezielt zentrale Punkte des Nährstofftransports zwischen Mutter und Fötus zu untersuchen. Über alle weiteren Entwicklungen in dem Bereich berichten wir wie gewohnt regelmäßig im kostenlosen 3D-Druck-Newsletter von 3D-grenzenlos (jetzt hier abonnieren).

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