Der Mini-Mensch aus dem Biotech-Labor kommt handlich daher: Eine Platte so groß wie ein Smartphone, darin stecken Bioreaktoren, die lebende Miniorgane beherbergen. Ein System aus Mikrokanälen und Membranen durchzieht das Konstrukt wie ein Blutkreislauf. Mit ihrem Multi-Organ-Chip wollen Forscher der Technischen Universität in Berlin Wirkstofftests aussagekräftiger und Tierversuche überflüssig machen. Bei einer abendlichen Veranstaltung der TUB am 18. Februar berichteten Biotechnologen um Roland Lauster und Uwe Marx, wie weit sie mit ihrem „Menschen auf dem Chip“-System gekommen sind. Die Pharma- und Kosmetikindustrie bekundet bereits reges Interesse an dem biokünstlichen Testsystem. Dessen Kommerzialisierung wird vom Bundesforschungsministerium im Rahmen des Gründerwettbewerbs GO-Bio mit rund 5 Millionen Euro gefördert.

Auf dem biokünstlichen Chip sind die menschlichen Organe um den Faktor 100.000 geschrumpft. Bei diesen Organoiden handelt es sich um dreidimensionale Zellgebilde, die jeweils die kleinsten Funktionseinheiten eines Organs widerspiegeln. „Wir setzen die Organe und den Blutkreislauf in die richtige Relation “, erläuterte der Biotechnologe Uwe Marx. Das Konzept: die Wirkung und Toxizität von neuen Wirkstoffen und deren Verstoffwechslung kann so systemisch an einem humanen Modell beobachtet werden. So kann in Zukunft die Anzahl der Tierversuche in diesem Bereich erheblich gesenkt werden. Berliner Forscher arbeiten jetzt an den etwas anderen "Dritten" – echten Zähnen aus Stammzellen. Außerdem: Tanzende Spermien beim Dance your PhD-Contest und das Gewinnerteam von iGEM 2013 aus Heidelberg.

Vier Organe auf dem Chip

Mithilfe modernster Zellkulturtechnik, 3D-Biodruck und Mikrofluidik haben die Forscher in den vergangenen Jahren ihre Plattform verfeinert und ausgebaut. Sie gehen nun Schritt für Schritt daran, immer mehr Organsysteme miteinander zu kombinieren. 2012 präsentierte das Team um Marx den ersten Doppelorganchip aus Haut und Leber. Mittlerweile haben die Forscher auch Leber- und Nervengewebe vereint. Das avancierteste Produkt haben die Berliner Ende 2014 fertiggestellt:  ein Vier-Organ-Chip. Er besteht aus Darm, Leber, Niere und einem Haut-Modul. Mit einem solchen „ADMET“-Chip ließen sich genau das gleiche Testprozedere durchführen wie bei Arznei- und Kosmetiktests an Tieren.

„Die Chips werden jeden Tag mit einer Wirkstoffdosis beaufschlagt, wir können aus dem Kreislauf jeden Tag eine Blutprobe entnehmen, in denen können wir alles analysieren, was wir auch bei der Maus analysieren“, so Marx. Das System soll insgesamt 28 Tagen lang funktionieren. Das ist der Zeitraum, der auch in Tierversuchen den Maßstab für Wirkstofftests setzt. Bis 2017 wollen die Forscher zehn Organsysteme auf ihrem Chip vereinen. Damit käme man der Simulation der menschlichen Physiologie besonders nahe.

Mini-Mensch auf dem Prüfstand

Derzeit werden die Multi-Organ-Chips im wahrsten Sinne des Wortes auf Herz und Nieren geprüft. Daran beteiligt ist unter anderem der Konzern Beiersdorf.  Jochen Kühnl, der bei Beiersdorf in Hamburg für neueste Innovationen in der Toxikologieforschung zuständig ist, wies in Berlin auf das riesige Potenzial der In-vitro-Testsysteme hin. Durch das seit 2013 geltende Tierversuchsverbot in der Kosmetikindustrie gebe es für viele Fälle immer noch keine adäquaten Alternativen aus dem Zelllabor.  „Der Multiorganchip ist eine tolle Technologie und wir sind hier früh eingestiegen, um diese Plattform zu testen“. Auch Jörg Knäblein von der Bayer Pharma AG setzt Hoffnungen in den Berliner Multi-Organ-Chip: „Das ist ein perfektes System mit dem Potenzial, Tierversuche in großem Umfang zu vermeiden“. Man stehe derzeit mit der TissUse GmbH in Verhandlungen über eine künftige Zusammenarbeit. TissUse wurde 2010 als Spin-off der TU Berlin gegründet, um das Produkt erfolgreich zu vermarkten.

pg