Neue Entwicklungen zu Elektrochip-Laboren als Alternative zu Tierversuchen
Ein durch Mikrochip-Herstellungsverfahren gefertigter Organ-Chip enthält Kammern mit Zellen, durch die Flüssigkeit geleitet wird. Die mikrofluidischen Vorrichtungen, die die Physiologie auf Gewebe- und Organebene simulieren, können multizelluläre Architekturen, Gewebe-Gewebe-Grenzflächen und physikochemische Mikroumgebungen nachahmen und sind herkömmlichen Kultivierungssystemen weit überlegen. Das von der EU finanzierte Projekt IN TIME untersuchte eine neue Strategie zur Entwicklung von lebenden 2D- und 3D-Gewebemodellen, bei denen mikrofluidische Geräte Auslöser für Differenzierung und Wachstum liefern. Zusätzlich wurden organische elektrochemische Transistoren (OECT) für Inline-Überwachungssysteme eingesetzt. Die Forscher entwickelten einen mikrofluidischen Kanal, um den Fluss von Zellkulturmedien zu kontrollieren und so mechanische schiere Belastung auf eine Gewebeschicht anzuwenden. Die Transistoren stehen in direktem Kontakt mit den Zellen und überwachen Veränderungen des Widerstandes und der Kapazität der Zellenbarriere in Echtzeit. Während die Zellbarriere mit den OECT überwacht wird, kann das Mikrofluidiksystem verschiedene Chemikalien zum Testen liefern. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass das Gerät langfristig betrieben werden kann und ein großes Potenzial für die Arzneimittelprüfung hat. Andere für 3D-Zellmodelle entwickelte Proof-of-Concept-Geräte umfassen eine mikrofluidische Trapping-Vorrichtung zur Positionierung von 3D-Zellsphäroiden innerhalb von mikrofluidischen Kanälen und zur Beurteilung des elektrischen Widerstandes der Sphäre mittels OECT. Die Trapping-Vorrichtung erfordert kein Pumpensystem und hat nur minimale Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit der Zellen. Die IN TIME Organ-on-Chip-Systeme eignen sich für eine Reihe von Anwendungen, die auf in vitro-Toxikologie hin getestet wurden. Die Technologien lassen sich auch auf die Untersuchung von Entzündungen und Immunantworten sowie der Organfunktion im Allgemeinen erweitern. Die Arbeiten des Projekts stellen einen wichtigen Schritt zur Verringerung der Notwendigkeit von Tierversuchen in der Arzneimittel- und Kosmetikentwicklung dar.
Schlüsselbegriffe
Tierversuche, Elektrochip-Organe, Inline-Sensoren, in vitro-Toxikologie
