Mikrophysiologische Systeme

Künstliche Mini-Organismen statt Tierversuche

Alle wollen Medikamente – da reden wir nicht über Tierversuche. Diese sind in der medizinischen Forschung bislang ein notwendiges Übel. Eine vielversprechende Alternative sind mikrophysiologische Systeme, in denen Organe und Organsysteme "nachgebaut" werden.

Mathematische Modelle helfen Mathias Busek.

Mathematische Modelle helfen Mathias Busek das Strömungsverhalten in mikrophysiologischen Systemen zu optimieren, damit sich organotypische Zellverbände ausbilden können. | Fraunhofer IWS Dresden

Komplexe Mechanismen des menschlichen Körpers sind mit mikrophysiologischen Systemen realitätsnah analysierbar. Diese Mikrosysteme beinhalten unter anderem Kanäle, Reservoire, Aktorik, Sensorik und 3D-Scaffold "Made by Laser". Das Fraunhofer IWS bietet Partnern aus Biologie und Medizin mikrosystemtechnische Komplettlösungen vom Design bis zum Prototyp inklusive des Automatisierungssystems an.

Aus vielen guten Gründen sind Tierversuche bereits seit längerer Zeit äußerst umstritten. Dies liegt einerseits an der ethischen Fragwürdigkeit der Versuche an sich, andererseits haben sich in vielen wissenschaftlichen Studien deutliche Defizite bei der Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen gezeigt. Schwerwiegende Nebenwirkungen bei klinischen Studien am Menschen sind dann die Folge. Viele Mediziner, Wissenschaftler und natürlich auch Patienten wünschen sich daher alternative Technologien, die die komplexen Prozesse bei der Aufnahme, Verteilung und Wirkung von Medikamenten oder Kosmetika im menschlichen Körper vorhersagen können. Frank Sonntag vom Fraunhofer IWS arbeitet schon seit 2010 an einer Lösung für dieses Problem.

Miniaturisierte Zellkultursysteme

„Die am Fraunhofer IWS entwickelten mikrophysiologischen Systeme sind miniaturisierte Zellkultursysteme in der Größe einer Visitenkarte, die pharmakologisch relevante Funktionsmechanismen des menschlichen Körpers nachbilden. Dazu zählen neben der Verteilung von Substanzen über ein Gefäßnetzwerk das mikrophysiologische Milieu der Körperzellen und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen. Damit können die biochemischen und zellulären Abläufe der Organe des menschlichen Körpers nachgestellt werden. Das ist notwendig, um komplizierte pharmazeutische Tests, die derzeit in Tierversuchen stattfinden, zu ersetzen“, betont Sonntag.

Frank Sonntag entwickelt seit 2010 mikrophysiologische Systeme, um Tierversuche zu ersetzen.
© Fraunhofer IWS Dresden

Funktion von Organen und Organteilen nachgeahmt

Konkret ahmen Forscher durch die gemeinsame Kultivierung mehrerer menschlicher Zelltypen im mikrophysiologischen System die Funktion von Organen oder Organteilen nach. Wie auch im menschlichen Körper benötigen verschiedene Zelltypen unterschiedliche Bedingungen, um ihren spezifischen Funktionen nachzukommen. Die Aufgabe der Entwickler des Fraunhofer IWS ist es, maßgeschneiderte mikrophysiologische Systeme für verschiedene Organe auf dem Chip zu entwickeln und somit zur Reduktion von Tierversuchen beizutragen.