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Aufbau einer Organ-on-Chip-Plattform: Wie funktioniert unsere Technologie?

Organ-on-a-Chip

Mit unserer Organ-on-Chip-Plattform lassen sich chemische und toxikologische Tests an menschlichen Zellkulturen durchführen. Außerdem ermöglicht sie die Untersuchung mechanistischer Fragestellungen aus der biologischen Grundlagenforschung. Diese Technologie kann in Zukunft eine große Rolle bei der Überprüfung von Medikamenten, Lebensmittelzusätzen, Nanotherapeutika und sonstigen biologisch-chemischen Substanzen spielen.

Wir geben einen Einblick wie unsere Biotech-Chips aufgebaut sind und wie sie funktionieren:

Der mikrofluidische Chip als Träger von „Mini-Organen“

Die menschlichen, physiologischen Zellkultursysteme zur Testung werden in unserem speziell entwickelten Biochip hergestellt. Der Chip besteht aus zwei Kulturkammern, in denen entweder zwei gleiche oder unterschiedliche „Mini-Organe“ parallel betrieben werden können.

Durch die Integration einer porösen Membran in jede Kulturkammer, auf der die Zellen kultiviert werden, erreichen wir eine räumliche Trennung des Blutflusses und der organspezifischen Gewebe, ähnlich wie im menschlichen Körper. Die Eigenschaften der Membran ermöglichen einen Nährstoff- und Sauerstoffaustausch sowie wichtige Zellinteraktionen zwischen den Geweben.

Die Zellen werden modellspezifisch über Kanäle in den Biochip eingebracht und über diese durch eine Art „Blutfluss“ kontinuierlich mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt. Das ist von entscheidender Bedeutung für die Gewebeentwicklung und -anordnung sowie die funktionelle Erhaltung des Gewebes über mehrere Wochen hinweg.

Chemische und toxikologische Tests mittels Zellkultur-Technologie

Beim Organ-on-Chip-Verfahren werden mögliche Zellveränderungen bereits innerhalb weniger Stunden bis Tage nach der Hinzugabe von Substanzen mikroskopisch sichtbar. Zudem können während einer Testung, ähnlich wie bei einer klinischen Blutuntersuchung am Menschen, täglich Daten aus den Zellkulturmedien erhoben werden. Nach Ablauf des Testzeitraumes kann das Gewebe aus dem Chip isoliert und für weiterführende Untersuchungen, wie z. B. die Analyse bestimmter Zielproteine, verwendet werden.

Wir können mit unseren Biotech-Chips die Wirkung verschiedenster Substanzen auf die Zellen folgender Organe simulieren:

Leber

Als zentrales Stoffwechsel-Organ ist die Leber bei der Entwicklung neuer Medikamente von enormer Bedeutung. Durch die Integration von Immunzellen können beispielsweise Nebenwirkungen und toxische Effekte von Medikamenten früh sichtbar gemacht werden.

Lunge

Mithilfe eines Lungen-Modells lässt sich die Verträglichkeit von Substanzen bei der Inhalation testen. Zu diesem Zweck werden menschliche Zellen sowie wesentliche Komponenten des Immunsystems auf dem Chip kultiviert. Das Modell eignet sich zudem für die Durchführung von Infektionsstudien mit Viren, Bakterien und Pilzen sowie die Prüfung von neuen Therapeutika gegen diese.

Darm

Der Darm dient unter anderem der Aufnahme von Nährstoffen und der Bildung von Immunzellen. Unser Darmmodell bildet Darmzotten-ähnliche Strukturen aus, die neben den charakteristischen Zelltypen auch geweberesistente Immunzellen enthalten. Anhand dieses Modells lässt sich untersuchen, wie Wirkstoffe aufgenommen werden und ob sie dabei toxische Effekte auf das Darmgewebe und seine Barrierefunktion entfalten.

Durch die Kombination der drei Organmodelle ermöglichen wir die frühzeitige und relativ umfassende Erkennung potenzieller Wirkungen verschiedenster Substanzen auf den menschlichen Organismus. Die Aufnahme, Verstoffwechselung, Verteilung, Ausscheidung und Toxikologie eines Wirkstoffs kann so außerhalb eines Organismus (in vitro) untersucht werden.

Wir hoffen, mit unserer Technologie einen Beitrag zur Erhöhung der Medikamentensicherheit und zur Abschaffung von Tierversuchen zu leisten, welche nach wie vor Standard in der Medikamenten- und Lebensmitteltestung sind.