(Artikel vom 17.04.2023) Jena - Das Unternehmen Dynamic42 GmbH startet die Produktion einer neuen Generation innovativer Biotech-Chips für das Organ-on-Chip-Verfahren. Mit diesem Chip aus eigener Entwicklung lässt sich die Wirkung von chemischen Substanzen direkt an menschlichen Organnachbildungen untersuchen. Zudem sind komplexe Modelle in Bezug auf immunologische Fragestellungen abbildbar, die Anwendung in der Grundlagenforschung sowie der Medikamentenentwicklung finden. Der neuartige Chip BC003 wurde erfolgreich in einem Pilotprojekt in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Prof. Nicole Teusch von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf getestet. In diesem wurde ein Krebsmodell aus Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) zur Untersuchung von Therapiemöglichkeiten entwickelt.
Nachbildung komplexer Gewebekulturen im Dreikammerchip
Die Besonderheit der neuen Chips ist die räumliche Ausgestaltung mit drei Kulturkammern. Durch diese ist die Kultivierung komplexer, dreidimensionaler Gewebekulturen möglich. Bisher werden für viele Organ-on-Chip-Anwendungen Chips mit zwei übereinander gelagerten, sehr schmalen Kammern verwendet. Hiermit sind jedoch schnell Limitationen bezüglich räumlicher Dimensionen erreicht. Die technische Einbindung von Sphäroiden (kugelförmige Gewebeverbände) in Chipformaten mit gleichzeitig strömendem Kulturmedium war bisher schwierig zu gestalten. Anwendungen wie biologisch komplexe Tumormodelle in Chipanwendungen blieben limitiert.
"Der Chip ermöglicht uns das Eintauchen in komplett neue Anwendungsgebiete für die Organ-on-Chip-Technologie, wie zum Beispiel die Krebsforschung", erklärt Dr. Martin Raasch, Geschäftsführer von Dynamic42. "Um die Aussagekraft von Forschungsergebnissen zu verbessern, die auf den menschlichen Organismus übertragbar sind, haben wir die Chip-Architektur komplexer gestaltet. Der große Vorteil für Anwender ist, dass diese das Handling nicht verkompliziert."
Erweiterung der Anwendungsbereiche der Organ-on-Chip Technologie
Vielschichtige, artifiziell erzeugte und sich selbst organisierende Gewebe, sogenannte Organoide, konnten bisher kaum zufriedenstellend in einer sinnvollen Kombination mit Mikrofluidik in Einklang gebracht werden. Gleiches gilt für die sehr beliebte Technik der Sphäroidkultur. Die neuartigen Chips eröffnen die Möglichkeit, Sphäroide und stammzellbasierte Organoide in einer Chipplattform zu kultivieren und sie mit anderen Gewebekomponenten wie Blutgefäßgewebe zu kombinieren.
"Mit einer zusätzlichen Kammer und integrierten Mikrokavitäten, sozusagen kleinen Vertiefungen für die Gewebesphäroide, haben wir hier ein innovatives Chipdesign geschaffen und schlagen zusätzlich die Brücke zwischen unserer Technologie und der zügig aufstrebenden Stammzelltechnologie", ergänzt Dr. Martin Raasch.
In der aktuellen Untersuchung von Pankreaskrebsgewebe auf dem Dreikammerchip BC03 werden Gewebesphäroide der Bauchspeicheldrüse zusammen mit Blutgefäßgewebe auf dem Chip mikrofluidisch kultiviert und für Wirkstofftestungen erprobt. Diese interne Testphase wird im Frühjahr 2023 abgeschlossen. Die bisherigen Ergebnisse sind so zufriedenstellend, dass der Chip bereits seit dem ersten Quartal angeboten wird.
Funktionsweise der Mini-Labore auf Biotech-Chips
Für das Organ-on-Chip-Verfahren werden Zellen menschlicher Organe in den Kanälen eines Biotech-Chips auf einer Membran gezüchtet. Durch einen künstlichen Blutfluss werden sie mit Nährstoffen versorgt und biomechanisch stimuliert. Dadurch erhöht sich deutlich die Funktionalität des Gewebes und die Ergebnisse werden aussagekräftig in Bezug auf den Menschen. Je nach Untersuchungsgegenstand können dem Biotech-Chip Wirkstoffe z.B. von neuen, in Entwicklung befindlichen Medikamenten hinzugefügt werden. Die Reaktionen der Zellen auf die zusätzlichen Wirkstoffe lassen sich unter anderem unter dem Mikroskop auswerten.
Mögliche Alternative zu Tierversuchen
Die Organ-on-a-Chip-Technologie ist eine veritable Alternative zu Tierversuchen. Indem menschliche Organfunktionen nachgebildet und für Tests genutzt werden, reduzieren sich die entsprechenden Analysen an Labortieren.
Dynamic42 ist ein Auftragsunternehmen auf dem sich schnell entwickelnden Organ-on-a-Chip-Markt, das 2018 als Ableger des Universitätsklinikums Jena gegründet wurde. Das Start-Up entwickelt mit seiner Organ-on-Chip-Plattform in-vitro-Testsysteme, mit denen die Wirkung potenzieller Arzneimittelwirkstoffe und Chemikalien auf den menschlichen Organismus untersucht werden kann. Das Unternehmen produziert zudem eigene Biotech-Chips, die die Qualität und die Aussagekraft des Organ-on-a-Chip-Verfahrens deutlich verbessern.
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