3D-Modelle des Knochenmarks mit Seidentinte erstellen
Der menschliche Körper verfügt über die bemerkenswerte Fähigkeit, auf Verletzungen zu reagieren, indem er für die Blutgerinnung förderliche Blutplättchen bildet. Dieser komplexe Prozess wird von riesigen Zellen, den sogenannten Megakaryozyten, gesteuert, die im Knochenmark angesiedelt sind. Erkrankungen wie Leukämie, Virusinfektionen und Blutkrankheiten können diesen Prozess jedoch stören und somit die Verletzungsanfälligkeit der Patientenschaft begünstigen. Die Forschung an Projekt SILKink(öffnet in neuem Fenster), das vom Europäischen Innovationsrat(öffnet in neuem Fenster) finanziert wurde, stellte sich dieser Herausforderung und entwickelte einen innovativen Biotinten-Drucker, der Seide als Ausgangsmaterial verwendet. Das System kann Knochenmarkmodelle per 3D-Druck herstellen, die anschließend mit lebenden Zellen besiedelt werden können, um Knochenkrankheiten zu untersuchen und sogar Blutplättchen ex vivo herzustellen. Dieser innovative Fortschritt könnte die medizinische Forschung in Europa erheblich voranbringen und zur Herstellung maßgeschneiderter Arzneimittel sowie zu personalisierter Medizin führen – ein zentrales Ziel der EU4Health-Strategie(öffnet in neuem Fenster). „Das Ziel des Projekts bestand darin, mithilfe von Seidentinte zu ermitteln, ob wir dieses System zur Erforschung von Arzneimitteln nutzen können“, sagt SILKink-Projektkoordinatorin Alessandra Balduini vom Institut für molekulare Medizin der Universität Pavia(öffnet in neuem Fenster) in Italien.
Verbesserte Knochenmarkmodelle
Balduini und ihr Team entwickeln seit Jahren Knochenmarkmodelle, verbessern deren Mechanismen und verfeinern die klinischen Aspekte. Jede Biotinte, die zur Erstellung von Knochenmarkmodellen verwendet wird, muss eine ausreichende Struktur gewährleisten, um die Differenzierung von Megakaryozyten – den großen Blutplättchen produzieren Zellen im Knochenmark – zu ermöglichen. Zwar haben sich bestehende Modelle bewährt, doch fehlt ihnen die nötige Weichheit, um Knochenmarkgewebe realistisch nachzubilden. Wenn die Struktur des Knochenmarks nicht einwandfrei nachgebildet wird, können die darin eingebrachten Zellen unter Stress geraten und geschädigt werden. Dies führt zu Veränderungen ihrer DNS, die die Wirkung der im Modell erprobten Arzneimittel überdecken und die Identifizierung wirksamer Behandlungen erschweren. Aus diesem Grund wandten sich die Forscherinnen und Forscher Seide zu. Seide, eine Naturfaser, die aus den Kokons domestizierter Seidenraupen gewonnen wird, ist sowohl flexibel als auch unglaublich fest, und eignet sich zudem als effektives Medium zur Verabreichung von Arzneimitteln. „Da wir das Knochenmark nachbilden, befinden sich die Zellen in einer Art physiologischem Zustand, in dem weniger DNS-Schäden, weniger Stress und weniger Entzündungen auftreten. Auf diese Weise kann die Wirkung eines Arzneimittels in einem realen System untersucht werden“, erklärt Balduini.
Die heilenden Eigenschaften von Seide kommerzialisieren
Ein weiteres wichtiges Ergebnis des Projekts war die Gründung des Start-up-Unternehmens Silk4B(öffnet in neuem Fenster) zur Kommerzialisierung der fortgeschrittenen 3D-Knochenmarkmodelle des Teams und der damit verbundenen Produkte auf Seidenbasis. „Wir bieten Forscherinnen und Forschern die Möglichkeit, für ihre Versuche Knochenmarkmodelle zu nutzen, auf die sie sich wirklich verlassen können“, betont Balduini. Das Start-up-Unternehmen verkauft die Produkte weltweit an Fachleute aus der Forschung und Wissenschaft sowie an Arzneimittelunternehmen.
Die Biotinte aus Seide weiterentwickeln
Balduini und ihr Team arbeiten weiterhin an der Tinte und haben beispielsweise eine Methode entwickelt, bei der die Tinte ihre Farbe ändert, um Veränderungen im System leichter erkennbar zu machen. Außerdem wird an einer Seidenknochenmarkplattform zur Massenproduktion von Blutplättchen für Transfusionen gearbeitet. Derzeit werden verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für die Modelle untersucht, darunter die Kultivierung von Zellen der Patientenschaft und die Beobachtung des Ansprechens auf diese Arzneimittel. Dieses auf Seide basierende System soll letztlich in der klinischen Praxis zum Einsatz kommen, auch wenn es bis dies dahin voraussichtlich noch ein paar Jahre dauern wird.