Britische Forscher des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University und der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ist es gelungen, auf einem Chip Sensoren und Organe zu drucken. Dies könnte das Ende der Tierversuche bedeuten und zugleich erhebliche Verbesserungen in der medizinischen Forschung mit sich bringen.

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Logo Wyss InstituteDie sogenannten „Organ-on-Chips“ können einen großen Teil an nativen Strukturen und Funktionen eines bestimmten Organs aufweisen. Bis jetzt ist es den Forschern gelungen, lebensfähige Gewebestrukturen des Herzens, der Lunge, der Zunge und des Darms zu entwickeln. Natürlich handelt es sich dabei um kein vollständiges Organ, sondern um einen Gewebequerschnitt.

Die Forscher haben die Möglichkeit, eine Reihe von Experimenten durchzuführen und erhalten durch die Sensoren sofort Rückmeldungen. So werden ihnen unter anderem die Kontraktionsstärke, weitere Reaktionen auf die medikamentöse Behandlung und induzierte Krankheiten bzw. Zustände angezeigt. Komplexere Situationen lassen sich so ebenfalls effizienter studieren.

Herzgewebe.
Auf den 3D-Chips gespeichertes Herzgewebe. (Bild: © wyss.harvard.edu)

Bei Tierversuchen mussten die Forscher regelmäßig Blutuntersuchungen und auch chirurgische Verfahren einsetzen, um die Auswirkungen von Medikamenten zu studieren. In diesen Studien war es allerdings nicht möglich, allmähliche Veränderungen festzuhalten. Die Versorgung der Tiere hatte ebenfalls erhebliche Kosten zur Folge, von den moralischen und ethischen Bedenken einmal ganz abgesehen. Mit den Chips können nicht nur das Design des Systems verändert bzw. angepasst, sondern auch die Daten wesentlich einfacher erfasst werden, so berichtet es Johan Ulrik Lind, Mitarbeiter an der SEAS.

Jeder einzelne Chip besitzt eine Anzahl verschiedener Wellen, die einzelne Gewebe und Sensoren voneinander trennen. Deshalb ist es den Forschern möglich, gleichzeitig mehrere Behandlungen zu studieren. Im Rahmen einer Langzeitstudie konnten die Forscher die allmählichen Veränderungen eines Herzgewebes bei kontraktilem Stress darlegen. Bei Tierversuchen wäre dies nicht möglich. Die Chips hingegen ermöglichen auch Studien der allmählichen Auswirkungen von chronischen Expositionen gegenüber Toxinen, so Lind weiter.

Herstellung der Chips.
Die Chips werden mittels 3D-Druck hergestellt. (Bild © Johan Lind, Disease Biophysics Group/Lori K. Sanders (Lewis Lab)/Harvard University)

In Zukunft lassen sich die mikrophysiologischen Systeme maßgeschneidert nutzen, um so beispielsweise die Auswirkungen einer spezifischen Erkrankung nachzuahmen. Dadurch könnten Ärzten die besten Behandlungsmöglichkeiten aufgezeigt werden, ohne dass es zu umfangreichen Nebenwirkungen der Medikamente kommt. Um die Chips herstellen zu können, setzen die Forscher der Harvard Universität Multimaterial-3D-Drucker ein. Sie schufen einen neuen Produktionsprozess sowie sechs verschiedene 3D-Druckfarben. Letztere sind mit integrierten Dehnungssensoren ausgestattet, die in die Gewebestruktur integriert sind.

Vor Kurzem berichteten wir auch über die Entwicklung von Nieren aus dem 3D-Drucker, die vom Wyss Institut vorangetrieben wird.

„Heart-on-a-chip“: Video zum Thema

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