Organ-on-a-chip-Systeme

Retina- und Fett-Organoide auf einem Chip

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Fettchip unter dem Mikroskop: Über die Spritze wird ein Wirkstoff eingebracht, um das Verhalten und die Reaktion zu untersuchen (Bild: © Fraunhofer IGB)
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Forscher bringen nicht nur die Nachbildung menschlicher Netzhaut als Retina-Organoid auf einen Chip, sondern weißes Fettgewebe. Als nächstes wollen sie 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. 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.

Retina-on-a-Chip

Zu den Organ-on-a-Chip-Pionieren in Europa zählt die Arbeitsgruppe von Prof. Peter Loskill am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. 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. „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.

WAT-on-a-Chip

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. 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.

Organ-on-a-Chip für die geschlechterspezifische Medizin

Mit den „Organ-on-a-Chip“-Systemen will Peter Loskill ein weiteres Forschungsfeld erschließen: geschlechtsspezifische Medizin. Denn die Systeme 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.

Kontakt zum Institut:

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart

www.igb.fraunhofer.de

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