Künstliche Miniaturorgane für die Gesundheitsforschung

In der modernen Lebens- und Arbeitswelt kommen zahlreiche Chemikalien zum Einsatz, und täglich werden es mehr. Deshalb ist es notwendig, mögliche toxische Eigenschaften frühzeitig und zuverlässig zu erkennen. Hierbei wird zunehmend nach Alternativen zu den üblichen Tierversuchen geforscht. Zum Beispiel werden Chemikalien häufig auch an Zellkulturen untersucht. Die Aussagekraft solcher In-vitro-Tests hängt allerdings stark davon ab, ob und inwieweit dabei die realen Vorgänge im Körper nachgebildet werden.

So unterscheiden sich die im Labor üblichen Kulturen in Petrischalen von den dreidimensionalen Strukturen, die Zellen in einem realen Organismus ausbilden. Solche Strukturen können aber inzwischen mit Chips simuliert werden, an denen Zellen in hängenden Tropfen aus Nährlösung kultiviert werden. Die Toxikologie am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung konnte kürzlich einen Beitrag zur Verbesserung der Simulationseigenschaften von 3D-Zellkulturen leisten. Zusammen mit Forschern der ETH Zürich wurden Methoden entwickelt, die in Tropfen kultivierte Mikrogewebe zu einem Netzwerk verknüpfen, so dass die Zellen über Flüssigkeitsströme miteinander wechselwirken können, wie man dies von natürlichen Organismen her kennt.

Das Potential solcher künstlichen Organsysteme wurde in Experimenten demonstriert, in denen Leber- und Krebszellen ein Zusammenspiel entwickeln. Dabei kam ein Krebsmedikament zum Einsatz, von dem bekannt ist, dass es im Organismus nur dann wirkt, wenn es zuvor durch Leberzellen aktiviert wurde. In den Experimenten bestückte man in Reihe geschaltete Nährstofftropfen zunächst mit Leberzellen und abschließend mit Krebszellen. Das Medikament wurde in die Topfen mit den Leberzellen eingeleitet und gelangte von dort durch die Verknüpfungen zu den Krebszellen. Wie im Organismus konnte das Medikament auch in dieser Topfenanordnung die Krebszellen in ihrem Wachstum hemmen. Dies ist ein Beleg dafür, dass die Methode einen wichtigen Beitrag zu einer realitätsnahen Simulation von natürlichen Organsystemen darstellt.

Originalveröffentlichung:
Frey, O.; Misun, M. P.; Fluri, D. A.; Hengstler, J. G.; Hierlemann, A.: Reconfigurable microfluidic hanging drop network for multi-tissue interaction and analysis. Nature Communications 5:4250 (2014). http://dx.doi.org/10.1038/ncomms5250

Ansprechpartner:
Prof. Dr. med. Jan G. Hengstler
Telefon: + 49 231 1084-348
E-Mail: hengstler@ifado.de

Das IfADo – Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund erforscht die Potenziale und Risiken moderner Arbeit auf lebens- und verhaltenswissenschaftlicher Grundlage. Aus den Ergebnissen werden Prinzipien der leistungs- und gesundheitsförderlichen Gestaltung der Arbeitswelt abgeleitet. Das IfADo hat mehr als 230 Mitarbeiter/innen aus naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen. Das Institut ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Diese Wissenschaftsorganisation umfasst 89 Einrichtungen, die rund 17.200 Menschen beschäftigen, bei einem Jahresetat von 1,5 Milliarden Euro.