Multi-Organ-Bioreaktoren im Chipformat

Für seine Forschungen zu „Multi-Organ-Bioreaktoren im Chipformat“ erhält Prof. Dr. Roland Lauster, Leiter des Fachgebietes Medizinische Biotechnologie, drei Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Das Forschungsvorhaben gehört zu jenen sechs Projekten, die in der dritten Runde des GO-Bio-Wettbewerbs (Gründungsoffensive Biotechnologie) für eine Förderung ausgewählt wurden.

Nicht nur in Europa sind die Anzahl und Verbreitung von Allergien in den vergangenen Jahrzehnten rasant angestiegen. Bisher kann die Medizin die Auswirkung neuer natürlicher und synthetischer Substanzen immer erst im Nachhinein feststellen. Adäquate Methoden, um komplexe Wechselwirkungen mit menschlichen Organen im Vorfeld unter realen Bedingungen zu testen, gibt es bislang nicht. Ein Team um Prof. Dr. Roland Lauster will nun Abhilfe schaffen. Mit einem Multi-Organ-Bioreaktor im Chipformat sollen Substanzen vor einer Exposition an Tier und Menschen getestet und Verbraucherrelevante Reaktionen vorhergesagt werden.

Der Multi-Organ-Bioreaktor im Chipformat hat die Größe eines Objektträgers. Auf ihm sind sechs Mikrobioreaktoren angeordnet. In jedem Mikrobio-reaktor befindet sich eine scheibenförmige Wachstumskammer, die wiederum in drei Segmente unterteilt ist. In diesen drei Segmenten werden in vitro verschiedene Organ-Zellmodelle kultiviert, deshalb der Name Multi-Organ-Bioreaktor. „Wobei wir unsere Untersuchungen vorerst auf Sub-Organoid-Strukturen der Leber, der Haut und des Knochenmarks be-schränken werden“, erläutert Roland Lauster. Unter Sub-Organoid-Strukturen verstehen die Wissenschaftler, die aus Zellen bestehende kleinste funktionierende Untereinheit eines Organs, das heißt Sub-Organoid-Strukturen sind einem menschlichen Organ ähnlich. Über ein

ebenfalls auf dem Chip aufgebrachtes Mikrofluidiksystem werden die Sub-Organoid-Strukturen ähnlich dem Blutstrom mit Nährstoffen versorgt und mit jenen Substanzen in Kontakt gebracht, die auf ihre Wirkung hin getestet werden sollen. Der Prototyp dieses Minireaktorsystems wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik in Dresden entwickelt.

Langfristig sollen damit alle Daten zur Aufnahme und Verteilung von Substanzen im Körper, ihrem biochemischen Um- und Abbau, ihrer Ausscheidung und möglichen schädlichen Auswirkungen erfasst werden. Diese Tests werden von Experten unter dem Kürzel ADMET zusammengefasst.

Der Multi-Organ-Bioreaktor im Chipformat ermöglicht es, die Reaktionen der Sub-Organoide auf eine Substanz parallel zu beobachten, sowohl unter gleichen als auch unterschiedlichen Bedingungen. „Aber es gibt noch einen anderen handfesten Nutzen“, sagt Lauster. „Auf dem Weg zur Zulassung eines pharmakologischen oder kosmetischen Produktes könnte die Anzahl der Tierexperimente stark reduziert werden, eben weil die Sub-Organoid-Strukturen einem menschlichen Organ ähnlich sind. So lassen sich über die Wirkstoffeffektivität oder Toxizität einer Substanz Aussagen treffen, als ob sie am menschlichen Organ getestet worden wäre.“

Im Rahmen von GO-Bio soll es innerhalb von drei Jahren zum ersten Tauglichkeitstest des Multi-Organ-Bioreaktors im Chipformat für einige ausgewählte Parameter kommen. In dieser Zeit ist die Gründung eines Unternehmens geplant, das auf der Basis des neuartigen Bioreaktors Substanzen im Auftrag testen kann – zum Beispiel pharmakologische Wirkstoffe in Arzneimitteln oder Inhaltsstoffe von Kosmetika.

Neben der TU Berlin werden die Universität Rostock, die Universität Würzburg, die Universität Ulm, das Helmholtz Zentrum München und die Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn mit ihren Projekten gefördert. Mit der dritten Runde des GO-Bio-Wettbewerbs will das BMBF erreichen, dass aus zukunftsträchtigen Ideen in den Biowissenschaften erfolgreiche Unternehmen werden. Die Finanzierung erfolgt in zwei Phasen, die jeweils auf maximal drei Jahre angelegt sind: In der ersten Förderphase soll von der Arbeitsgruppe das Anwendungspotenzial der Entwicklung herausgearbeitet und bewertet werden. Gleichzeitig sollen sich die Wissenschaftler Gedanken darüber machen, wie sie die Ideen konkret vermarkten wollen. In einer zweiten Förderphase, über die nach einer Zwischenevaluation entschieden wird, erfolgt die Überführung dieser Strategien in die wirtschaftliche Verwertung. In den ersten drei Runden wurden 315 Skizzen eingereicht; 28 Projekte werden nun gefördert.

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Weitere Informationen erteilt Ihnen gern: Prof. Dr. Roland Lauster, Institut für Biotechnologie, Fachgebiet Medizinische Biotechnologie, Ackerstraße 71-76, 13355 Berlin, Tel.: 030-314-72 0 90, Fax: -72950, E-Mail: roland.lauster@tu-berlin.de