Freitag, Juni 24, 2022
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Künstliches menschliches Gewebe auf Chips könnte Tierversuche ersetzen

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Tierversuche könnten dank bahnbrechender Arbeiten mit Lasern der Technischen Universität Wien (TU Wien) in Österreich langsam durch Experimente mit künstlichem Gewebe ersetzt werden.

Die Idee hinter der Forschung war die Schaffung künstlicher Organe in einem Verfahren, das als „Organ auf einem Chip“ oder „Mensch auf einem Chip“ bekannt ist.

Während des Eingriffs entstehen Gewebeteile, die dann miteinander interagieren.

Sie befinden sich auf einem wenige Zentimeter großen Chip und können hochpräzise mit ganz bestimmten Nährstoffen oder auch mit pharmazeutischen Wirkstoffen versorgt werden.

Auf diese Weise können wichtige Informationen über die Wirkung von Medikamenten gewonnen werden, ohne auf Tierversuche zurückgreifen zu müssen.

Außerdem können Forscher daher mit menschlichen Zellen arbeiten, was die Ergebnisse viel aussagekräftiger macht, da einer der größten Kritikpunkte an Tierversuchen darin besteht, dass sie einfach nicht menschlich sind, was die Aussagekraft etwaiger Testergebnisse mindert.

Die TU-Wien-Technologie funktioniert, indem das die Zellen umgebende Hydrogel mit ganz speziellen Molekülen angereichert wird, die dann mit einem Laserstrahl aktiviert werden können. An genau diesen Stellen wird das Hydrogel dann weicher und durchlässiger, sodass genau bestimmt werden kann, wohin sich die Zellen bewegen sollen.

Besonders interessant ist die neue Technik für die pharmazeutische Forschung ohne Tierversuche. Mit diesem Laserverfahren lassen sich spezielle Gewebesysteme reproduzierbar herstellen, die dann unter genau kontrollierten Bedingungen auf einem Chip untersucht werden können, um beispielsweise neue Medikamente zu testen.

Professor Aleksandr Ovsianikov, Leiter der Forschungsgruppe 3D-Druck und Biofabrikation an der TU Wien, sagte: „Bei der Herstellung von Gewebekonstrukten im Labor beginnt man oft mit lebenden Zellen, die in ein Hydrogel eingebettet sind.“

Hydrogel ist ein biokompatibles Material mit Eigenschaften, die denen von biologischem Gewebe sehr ähnlich sind.

Ovsianikov sagte, es sei: „Vergleichbar mit einem mit Wasser getränkten Gummibärchen.“

Die Zellen können durch das Hydrogel wandern und ein Gewebe bilden. Es wäre jedoch wünschenswert, diesen Prozess steuern zu können und die Zellen an einem vorgegebenen Bauplan haften zu lassen.

In der Forschungsgruppe für 3D-Druck und Biofabrikation wurden dem Hydrogel nun aber ganz spezielle Moleküle zugesetzt.

Normalerweise verändern sie das Verhalten des Hydrogels nicht, aber wenn sie mit einem Laser an einer bestimmten Stelle aktiviert werden, wird das Hydrogel genau an dieser Stelle weicher und durchlässiger.

Simon Sayer von der TU Wien ergänzt: „Das Molekül koppelt an das Netzwerk des Hydrogels, an dieser Stelle wird das Netzwerk hydrophiler. Dadurch verändern sich die physikalischen Eigenschaften, und auf diese Weise ist es möglich, ein 3D-Muster zu erzeugen, durch das die Zellen hindurch können.“ leichter passieren als anderswo.“

So wurden mit dem Laserstrahl bestimmte Bahnen im Hydrogel vorgegeben – und tatsächlich wanderten die Zellen genau entlang dieser Bahnen. Auf diese Weise könnten sternförmige oder gitterförmige Zellstrukturen hergestellt werden.

Im Fokus dieser Forschung steht vorerst nicht unbedingt die Herstellung künstlicher Organe, sondern eine Technologie, die oft als „Organ on a Chip“ oder „Human on a Chip“ bezeichnet wird: Es werden Gewebeteile erzeugt, die dann interagieren miteinander.

Tommaso Zandrini, ebenfalls von der TU Wien, sagte: „Das funktioniert aber nur, wenn wir die Eigenschaften dieser Gewebe genau steuern können.“

„Erstens müssen diese Experimente reproduzierbar sein, also will man mehrere Gewebeproben mit exakt gleicher Mikrostruktur haben, und zweitens muss man die verschiedenen Proben auch exakt zuordnen können – wenn man zum Beispiel die Wechselwirkung zwischen einer kleines Stück Herzmuskelgewebe und ein kleines Stück Lebergewebe.“

Um das Zusammenspiel genau zu verstehen, müssen Strukturen wie Blutgefäße genau an der richtigen Stelle sein. Mit diesem neuen Laserverfahren ist dies nun möglich. Die Komplexität kundenspezifischer Gewebeproben kann somit drastisch erhöht werden.

Diese Geschichte wurde Newsweek von Zenger News zur Verfügung gestellt.

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