Organs on a Chip – Ersatz für Tierversuche

Ein Fett-Chip unter dem Mikroskop: Über die Spritze wird ein Wirkstoff eingebracht, um das Verhalten und die Reaktion zu untersuchen.
© Bernd Müller / Fraunhofer IGB
Ein Fett-Chip unter dem Mikroskop: Über die Spritze wird ein Wirkstoff eingebracht, um das Verhalten und die Reaktion zu untersuchen.
Der Aufbau von Fett-Chips am Fraunhofer IGB in Stuttgart.
© Bernd Müller / Fraunhofer IGB
Der Aufbau von Fett-Chips am Fraunhofer IGB in Stuttgart.

Medikamente schneller entwickeln und Tierversuche vermeiden: Ermöglichen soll es die Organ-on-a-Chip-Technologie.

Die Organ-on-a-Chip-Technik verfolgt ein ambitioniertes Ziel: Sie will die Medikamentenentwicklung beschleunigen und Tierversuche reduzieren. Was Europa angeht, so gehört die Arbeitsgruppe von Prof. Peter Loskill am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und der Eberhard Karls Universität Tübingen zu den Organ-on-a-Chip-Pionieren. In dieser Technik gibt es mittlerweile eine breite Palette: Leber, Niere, Hirngewebe. Sogar Herzmuskelzellen hat das Forscherteam bereits zum Bau von Organ-on-a-Chip genutzt: briefmarkenkleine Polymermodule, in deren Innerem winzige Gewebe über Mikrokanäle von einer Nährflüssigkeit am Leben gehalten werden. An diesen können dann die Nebenwirkungen von Herzmedikamenten getestet werden.

Auch die Netzhaut des Auges konnte das Team in einem Chip nachbilden – bisher ein absolutes Novum. »Die Pharmaindustrie hat großes Interesse an der Retina-on-a-Chip, denn viele Arzneistoffe können Nebenwirkungen an der Retina verursachen«, verdeutlicht Loskill. Modellsysteme sind bislang rar, Tiermodelle sind nur begrenzt einsetzbar, da die Netzhaut von Tieren anders aufgebaut ist als die des Menschen. Gleichzeitig ist der Chip dazu geeignet, Erkrankungen der Netzhaut zu erforschen und Medikamente zu entwickeln, zum Beispiel gegen die altersbedingte Makuladegeneration oder gegen die diabetische Retinopathie. Medizinisch noch relevanter sind die Chips mit weißem Fettgewebe: Mit ihnen wollen die Wissenschaftler die Rolle des Fettgewebes im Körper besser verstehen und gezieltere Therapien für damit verbundene Erkrankungen ermöglichen, etwa Diabetes. Außerdem lässt sich auf dem Chip verfolgen, wie Stoffe in die Fettzellen eingelagert werden.

Mit den Organ-on-a-Chip-Systemen will Loskill ein weiteres Forschungsfeld erschließen: geschlechtsspezifische Medizin. »Viele Krankheiten zeigen bei Frauen und Männern eine unterschiedliche Ausprägung«, betont er. »Dieser Aspekt wird in der medizinischen Forschung und Arzneimittelentwicklung viel zu wenig berücksichtigt.« Die Organ-on-a-Chip-Systeme bieten die Möglichkeit, Gewebe von Männern und Frauen getrennt zu untersuchen.

Nachdem es gelungen ist, die verschiedensten Gewebe auf Chips zu bringen, gilt es nun, den Durchsatz der zu testenden Substanzen zu erhöhen. Die Zukunft ist Organs-on-a-Disc – mit Hunderten menschlichen Gewebeteilchen auf einer handlichen Scheibe. Sie können der Technologie zum Durchbruch im Routineeinsatz verhelfen.

»Organ-on-a-Chip wird die Masse der Tierversuche signifikant verringern«

Prof. Dr. Peter Loskill, Leiter Innovationsfeld Zell- und Gewebetechnologien am Fraunhofer IGB.
Prof. Dr. Peter Loskill, Leiter Innovationsfeld Zell- und Gewebetechnologien am Fraunhofer IGB.

Prof. Loskill, wird sich durch Organ-on-a-Chip die Masse der Tierversuche verringern lassen?

Ganz sicher. Wir stellen bereits jetzt fest, wie groß das Interesse der Pharmaindustrie ist. Die Chips können in allen Bereichen eingesetzt werden – vom Screening neuer Wirkstoffe über Toxizitätstests bis zur Begleitung klinischer Studien.

Werden die Zulassungsbehörden Organ-on-a-Chip-Daten als Ersatz für Tierversuche akzeptieren?

Auch sie stehen der Technologie sehr aufgeschlossen gegenüber. Ich arbeite in zwei EU-Projekten mit regulatorischen Behörden zusammen, unter anderem mit dem Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte BfArM.

Wird die Technologie Tierversuche langfristig komplett überflüssig machen?

Man wird Tierversuche nicht eins zu eins ersetzen können. Mit den Chips ist aber eine Datenquelle dazugekommen, die es ermöglichen wird, mit signifikant weniger Versuchstieren Sicherheit zu schaffen.

Fraunhofer-Magazin-Artikel 3/2019

Wenn das Plättchen im Herzschlag pulsiert