Bahnbrechende Entwicklung funktioneller Blutgefäße für humane 3D-Gewebekulturen
Seit Jahren liefern verschiedenste Tiermodelle aussagefähige biomedizinische Daten zu wichtigen Signalwegen menschlicher Krankheiten. Allerdings sind Ergebnisse aus Tierversuchen nicht immer direkt auf die humanmedizinische Arzneimittelforschung übertragbar. Um die Biologie menschlicher Organe zu rekapitulieren, setzt die wissenschaftliche Forschung inzwischen auf In-vitro-3D-Gewebederivate, z. B. Organoide. So gelang im Zuge technologischer Fortschritte bereits die Züchtung von 3D-Gewebe aus Stammzellen, an denen sich voraussichtlich menschliche Entwicklungsprozesse hervorragend erforschen lassen. Um die Physiologie eines nativen Organs genau nachzustellen, müssen jedoch funktionierende Blutgefäße eingebettet werden, und das war bislang schwierig.
Mikrofluidik-Plattform für die Vaskularisierung von Gewebekulturen
Das EU-finanzierte Projekt OrganoPlate Graft sollte diesen Engpass ausräumen und ein hochdurchsatzfähiges In-vitro-Kultursystem für vaskularisiertes Gewebe entwickeln. So entwickelte das Projekt OrganoPlate Graft die Mikrofluidik-Plattform „OrganoReady Vascular Bed“, bestehend im Wesentlichen aus 64 Mikrofluidik-Chips, die in eine standardmäßige Mikrotiterplatte mit 384 Wells eingebettet sind. Ein Gel aus extrazellulärer Matrix (ECM) in den Chips sorgt dafür, dass ein angiogener Wirkstoffcocktail zugeführt werden kann, der die Gefäßneubildung angeregt. Auf diese Weise wird ein Gefäßbett geschaffen, auf das das 3D-Gewebekonstrukt platziert wird. Durch das Mikrofluidik-System des OrganoReady Vascular Bed ist eine kontinuierliche Perfusion von Nährmedien möglich, sodass das Gewebe ähnlich wie über ein natürliches Blutgefäß mit Nährstoffen, Sauerstoff und Metaboliten versorgt wird. „Unser Produkt bietet Forschenden weltweit die Möglichkeit, 3D-Gewebe mit funktionalen Blutgefäßen zu erzeugen“, betont Henriëtte Lanz, Projektkoordinatorin und Leiterin für Modellentwicklung bei MIMETAS. Sobald das Gewebe auf den Gefäßsprossen aufliegt, können ihm Substanzen über das Gefäßnetz zugeführt werden. So könnte nun etwa untersucht werden, wie ein neues Krebsmedikament auf Tumorgewebekulturen wirkt, und zwar ähnlich wie an Tiermodellen mit patientenderivierten Xenotransplantaten.
Vaskularisierung von Leberorganoiden
Die Organ-on-a-Chip-Technologie eignet sich für In-vitro-Modelle der menschlichen Leber. Damit könnten sich z. B. Regenerationsprozesse oder die Wirkung potenzieller Medikamente genauer untersuchen lassen. Die Arbeitsgruppe von OrganoPlate Graft platzierte Leberorganoide und -sphäroide auf das OrganoReady-Gefäßbett und generierte ein perfundierbares Gefäßnetz. Während die 3D-Lebergewebe im Rahmen der Kokultur ihre funktionellen Eigenschaften beibehielten, wurden sie von Mikrogefäßen durchzogen. Durch Zufuhr des immunsuppressiven Wirkstoffs Azathioprin konnten auf diese Weise sogar Modelle der Venenverschlusskrankheit generiert werden.
Tierversuchsfreie, ethisch einwandfreie Herstellung von Medikamenten
Das Projekt OrganoPlate Graft widmete sich der enormen medizinischen Herausforderung, bessere Modelle der menschlichen Biologie zu generieren, um sowohl die Grundlagenforschung als auch die dringliche Entwicklung neuer Medikamente voranzutreiben. Das OrganoReady Vascular Bed könnte Tierversuche in der biomedizinischen Forschung deutlich reduzieren, da 3D-Modelle menschlicher Gewebe eine ethisch vertretbare Alternative in der Wirkstoffforschung darstellen. MIMETAS wird seine Technologie nun an patientenspezifischen Krebs-Organoid-Modellen für die Arzneimittelforschung testen, da weitere Forschungsmittel über den Dutch National Growth Fund bereits bewilligt sind.
Schlüsselbegriffe
OrganoPlate Graft, Mikrofluidik, Blutgefäße, extrazelluläre Matrix (ECM), Organoid, Leber, venöse Verschlusskrankheit, MIMETAS, menschliches Gewebe, Immunonkologie, Krebsmedikamente, Hautkrankheit, Lungenkrankheit, Vaskularisierungsstudien, Wirkstoff-Screening
