Organ-on-a-Chip-System prämiert

Lush Prize zur Förderung tierversuchsfreier Forschung

Miniaturisierte Organe auf einem Chip ermöglichen, Arzneimittel vor der Anwendung am Menschen zu testen. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat die Forschungsgruppe von Professorin Ute Schepers ein solches Organ-on-a-Chip-System mit naturgetreu nachgebildeten Blutgefäßen entwickelt. 

Vanessa Kappings bei der Arbeit mit dem vasQChip, der miniaturisierte Organe und naturgetreu nachgebildete Blutgefäße vereint. (Foto: Laila Tkotz, KIT)

Klinische Studien mit neu entwickelten Medikamenten sind langwierig und teuer. Darüber hinaus gehen solche Tests am Menschen mit Risiken einher. Deshalb werden neue Wirkstoffe zuvor in konventionellen 2-D-Zellkulturen und Tierversuchen getestet, charakterisiert und validiert. Resultate aus 2-D-Zellkulturen sind allerdings oft zweifelhaft, da die Zellen im menschlichen Körper in einer 3-D-Architektur wachsen und mit ihrer Umgebung sowie anderen Zelltypen wechselwirken. Tierversuche sind zeit- und kostenaufwendig und lassen sich aufgrund des unterschiedlichen genetischen Hintergrunds nicht ohne Weiteres auf den Menschen übertragen. Überdies sind Tierversuche ethisch umstritten.

Forscher entwickeln daher sogenannte Organ-on-a-Chip-Systeme: Aus Zellen von gesunden Menschen und Patienten werden miniaturisierte Organe mit 3-D-Drucktechniken auf einen Chip aufgebracht. Die Forschungsgruppe von Professorin Ute Schepers am Institut für Toxikologie und Genetik (ITG) des KIT 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 – unter ihnen 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. Kappings, die an der Weiterentwicklung des „vasQchip“ beteiligt ist, hat nun den Lush Prize 2017 zur Förderung tierversuchsfreier Testmethoden in der Kategorie „Nachwuchsforscher“ gewonnen und erhält 12 000 Euro für ihr Projekt.

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Künstliche Blutbahnen auf Chip

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 Experimente am Tier oder am Menschen durchzuführen. Die Miniaturisierung ermöglicht die Parallelisierung und Automatisierung Tausender Tests auf kleinstem Raum.

Derzeit arbeitet das Team an der Entwicklung von durchbluteten Haut-, Leber-, Darm- und Hirnmodellen sowie Tumormodellen 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.

Der Lush Prize wird gemeinsam von der britischen Kosmetikfirma Lush und der in Manchester ansässigen Forschungs-, Verlagswesen- und Kampagnengenossenschaft Ethical Consumer vergeben. Die Verleihung des Lush Prize 2017 mit Fördergeldern von insgesamt rund 390 000 Euro fand am 10. November in London statt.

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