Personalisierung der Medizin mit modernen Organchip-Modellen
Seltene Krankheiten können chronische Gesundheitsprobleme verursachen oder sogar lebensbedrohlich sein – dennoch gibt es für viele keine wirksame Behandlung. Dies ist zum Teil auf den Mangel an physiologisch relevanten Krankheitsmodellen zurückzuführen. „Dieser Mangel an relevanten Modellen führt zu hohen Misserfolgsraten von Therapeutika in der klinischen Prüfung, was wiederum die Zahl der neuen Medikamente, die die Erkrankten erreichen, einschränkt“, sagt Georges Dubourg, Forscher am BioSense Institute. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts CISTEM hat Dubourg einen Beitrag zur Schließung dieser Forschungslücke geleistet. Im Rahmen des Projekts, das von den Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde, wurde ein Organchip-basiertes Krankheitsmodell für Kardiomyopathie bei Duchenne-Muskeldystrophie, einer der schwersten Formen erblicher Muskeldystrophien, entwickelt. Ein Organchip ist eine Art künstliches Organ, mit dem mithilfe der Mikrofluidik-Technologie eine maßgeschneiderte, dynamische 3D-Mikroumgebung geschaffen wird, die an den In-vivo-Funktionen der Organe orientiert ist.
Ein betroffenenspezifisches Herzchip-Modell
Im Rahmen des Projekts CISTEM verknüpfte die Forschungsgruppe die neuesten Fortschritte in der Technologie der induzierten pluripotenten Stammzellen mit Mikrofluidik-, Mikrosystem- und Sensortechnologien. „Das Ergebnis ist ein betroffenenspezifisches Herzchip-Modell“, erklärt Dubourg. Das Modell ist zwar an sich schon innovativ, besteht jedoch zudem aus vielen innovativen Komponenten, von denen sich jede für die Entwicklung weiterer Organchip-Modelle als wertvoll erweisen könnte. Das Modell umfasst beispielsweise eine Mikrofluidik-Station, mit der der Flüssigkeitsstrom innerhalb des Geräts gesteuert werden kann. Dies wiederum ermöglicht eine genaue Fluss- und Druckkontrolle mit einem stabilen Diffusionsgradienten, sodass mit dem Modell die physiologische Konfiguration des tatsächlichen Organs besser nachgeahmt werden kann. Das CISTEM-Modell umfasst auch zwei bahnbrechende Plattformen für die Durchführung elektrischer Messungen durch eine Endothelbarriere. „Diese Systeme haben ein enormes Potenzial für die Beurteilung der Wirkung eines Medikaments auf das Herzsystem und die Endothelbarriere“, fügt Dubourg hinzu. Eine weitere Schlüsselkomponente sind maßgeschneiderte multizelluläre 3D-Herzmikrogewebe, die für die personalisierte Medizin und Behandlung eingesetzt werden könnten.
Potenzial zur Erhöhung der Erfolgsrate neuer Medikamente
Sowohl die im Rahmen des Projekts entwickelte Herzchip-Lösung als auch die Organchip-Modelle, deren Grundlage sie wahrscheinlich sein wird, werden vielfältige Auswirkungen auf die Gesundheitsforschung haben. „Diese Modelle haben das Potenzial, die Erfolgsrate neuer Medikamente erheblich zu erhöhen und neue Behandlungsmöglichkeiten für derzeit unbehandelbare seltene Krankheiten zu bieten“, erklärt Dubourg. „Darüber hinaus wird der Einsatz fortschrittlicher Modelle, mit denen die Wirkung eines Medikaments besser vorhergesagt werden kann, die hohen Kosten für die Entwicklung neuer Medikamente und letztlich auch die Kosten des Medikaments, sobald es auf dem Markt ist, senken. Dubourg weist auch darauf hin, dass dank Organchip-Modellen die Zahl der in der biomedizinischen Forschung verwendeten Tiere deutlich reduziert werden könne.
Auf dem Weg zur Marktreife
Natürlich ist es noch ein weiter Weg, bis die Organchip-Modelle das Niveau erreicht haben, das erforderlich ist, um diese vielen potenziellen Vorteile zu nutzen. So muss zum Beispiel der Technologie-Reifegrad der verschiedenen Plattformen und Modelle weiter entwickelt und umfassend getestet werden. Dubourg ist jedoch aufgrund der im Rahmen des Projekts CISTEM entwickelten Technologie und des gewonnenen Fachwissens zuversichtlich, dass die Organchip-Modelle weiter in Richtung Marktreife entwickelt werden. „Mit diesem Projekt wurde nicht nur der Grundstein für neue Forschungsinitiativen, Ergebnisse und Produkte gelegt, sondern auch die nächste Generation von Organchip-Forschenden ausgebildet, die über den Labormaßstab hinaus denken und dafür sorgen, dass sich diese bahnbrechenden Modelle positiv auf die Versorgung von Erkrankten auswirken“, schließt Dubourg.
Schlüsselbegriffe
CISTEM, Medizin, Organchip, seltene Krankheiten, Gesundheit, Krankheitsmodelle, künstliches Organ, Stammzelle, Gesundheitsforschung
