Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ersatz für Tierversuche: Dem Chip das Sehen beibringen

02.09.2019

Organs-on-a-Chip haben das Potenzial, die Arzneimittelentwicklung zu revolutionieren. Forscherinnen und Forschern am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ist es gelungen, verschiedene Gewebe auf Chips zu bringen. Der jüngste Clou: die Nachbildung menschlicher Netzhaut als Retina-Organoid. Im nächsten Schritt will das Forscherteam mit der Organ-on-a-Chip-Technologie die geschlechterspezifische Medizin erschließen.

Organ-on-a-chip-Systeme stellen eine große Bereicherung für die medizinische Forschung dar: An Gewebekulturen in den Kammern eines Kunststoffchips können Wirkstoffe getestet, Krankheitsursachen und Therapieansätze erforscht werden.


Ein Fettchip unter dem Mikroskop: Über die Spritze wird ein Wirkstoff eingebracht, um das Verhalten und die Reaktion zu untersuchen.

© Fraunhofer IGB

Im Innern der briefmarkenkleinen Polymermodule werden winzige Gewebe und Organoide über Mikrokanäle von einer Nährflüssigkeit am Leben gehalten. Die Systeme bieten eine Alternative zu Tierversuchen (siehe Kurzinterview).

In dieser Technik gibt es mittlerweile eine breite Palette: Herzmuskel und Leber, Niere und sogar Hirngewebe. Zu den Organ-on-a-Chip-Pionieren in Europa zählt die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Peter Loskill am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart.

Dem Team ist es als bisher einzigem gelungen, unter anderem menschliches Fettgewebe und die Netzhaut des Auges in einem Chip nachzubilden. Nachdem es geglückt ist, die verschiedensten Gewebe auf Chips zu bringen, gilt es nun, den Durchsatz der zu testenden Substanzen zu erhöhen.

Die Zukunft sind »Organ-on-a-Disc« – mit hunderten menschlichen Gewebeteilchen auf einer handlichen Scheibe. Sie können der Technologie zum Durchbruch im Routineeinsatz verhelfen.

Retina-on-a-Chip

Aktuell ist »Retina-on-a-Chip« eines der Highlights in Loskills Labor – mit dem komplex aufgebauten Gewebe der menschlichen Netzhaut als Organoid. Dr. Loskill und sein Team sind gerade dabei, der Retina auf dem Chip das Sehen beizubringen.

Gemeinsam mit ihren Kooperationspartnern an der Universität Tübingen ist es ihnen gelungen, Stammzellen so zu differenzieren und in die Chips zu integrieren, dass sie ein mehrschichtiges Gewebe ausbilden.

Es besteht unter anderem aus den lichtempfindlichen Stäbchen und Zapfen, dem Pigmentepithel und Ganglionzellen, die den optischen Nerv bilden. »Wenn wir die Retina belichten, messen wir in den Stäbchen und Zapfen ein elektrophysiologisches Signal«, erklärt Peter Loskill. »Jetzt arbeiten wir an einem System, mit dem wir dieses Signal quantitativ auslesen können.«

Erkrankungen der Netzhaut erforschen

Sobald dies existiert, wird gemessen werden können, wie stark eine Substanz das »Sehvermögen« der Retina auf dem Chip beeinflusst. »Die Pharmaindustrie hat großes Interesse an der Retina-on-a-Chip«, verdeutlicht Loskill. »Denn viele Arzneistoffe können Nebenwirkungen an der Retina verursachen.«

Modellsysteme sind bislang rar. Und Tiermodelle sind nur begrenzt einsetzbar, da die Netzhaut von Tieren anders aufgebaut ist als die des Menschen. Gleichzeitig eignet sich der Chip dazu, Erkrankungen der Netzhaut zu erforschen und Medikamente zu entwickeln, zum Beispiel gegen die altersbedingte Makuladegeneration oder gegen die diabetische Retinopathie.

Die Rolle des Fettgewebes entschlüsseln

Medizinisch noch relevanter sind die Chips mit weißem Fettgewebe. Angelehnt an die englische Bezeichnung »White Adipose Tissue« werden die Systeme »WAT-on-a-Chip« genannt. Das Fettgewebe ist allein schon seiner Masse wegen bedeutsam. Ein Viertel des Körpers eines gesunden Menschen besteht aus Fettgewebe.

Bei adipösen Menschen macht es bis zur Hälfte des Gewichts aus. Erst in jüngerer Zeit wurde deutlich, dass das Fettgewebe viele Hormone und andere Botenstoffe in den Blutkreislauf ausschüttet. Vieles ist hier noch unverstanden.

Die »WAT-on-a-Chip«-Systeme können helfen, die Rolle des Fettgewebes im Körper besser zu verstehen und damit verbundene Erkrankungen, wie zum Beispiel Diabetes, gezielter zu therapieren. Außerdem lässt sich auf dem Chip verfolgen, wie Stoffe in die Fettzellen eingelagert werden und ob sich Pflanzenschutzmittel oder auch Mikroplasik im Fettgewebe anreichern.

Forschen für die geschlechterspezifische Medizin

Mit den »Organ-on-a-Chip«-Systemen will Peter Loskill ein weiteres Forschungsfeld erschließen: geschlechtsspezifische Medizin. »Viele Krankheiten zeigen bei Frauen und Männern unterschiedliche Ausprägung«, betont er. »Dieser Aspekt wird in der medizinischen Forschung und Arzneimittelentwicklung viel zu wenig berücksichtigt.« Die »Organ-on-a-Chip« bieten die Möglichkeit, Gewebe von Männern und Frauen getrennt zu untersuchen. Auf dem Chip kann man auch die Dynamik des weiblichen Hormonzyklus simulieren und beobachten, welchen Einfluss er auf eine Erkrankung und potenzielle Medikamente hat.

Weitere Informationen:

https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2019/september/dem-chip-...

Dr. Claudia Vorbeck | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Betazellfunktion im Tiermodell wiederhergestellt: Neue Wirkstoffkombination könnte Diabetes-Remission ermöglichen
21.02.2020 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Darmkrebs: Erhöhte Lebenserwartung dank individueller Therapien
20.02.2020 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultraschnelles Schalten eines optischen Bits: Gewinn für die Informationsverarbeitung

Wissenschaftler der Universität Paderborn und der TU Dortmund veröffentlichen Ergebnisse in Nature Communications

Computer speichern Informationen in Form eines Binärcodes, einer Reihe aus Einsen und Nullen – sogenannten Bits. In der Praxis werden dafür komplexe...

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leopoldina-Symposium: „Mission – Innovation“ 2020

21.02.2020 | Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Globale Datenbank für Karstquellenabflüsse

21.02.2020 | Geowissenschaften

Leopoldina-Symposium: „Mission – Innovation“ 2020

21.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Langlebige Fachwerkbrücken aus Stahl einfacher bemessen

21.02.2020 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics