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3D Living Tissues

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Bahnbrechende Wirkstofftests mit 3D-Biodruck für menschliches Gewebe

Im Labor erzeugte Gewebedrucke könnten künftig die Markteinführung erfolgreicher neuer Medikamente beschleunigen, die Notwendigkeit für Tierversuche verringern und Forschungskosten für Pharmaunternehmen senken.

Gesundheit

Die Forschung an neuen Medikamenten ist immer kostenintensiv. Etwa 96 % aller Krebsmedikamente versagen in klinischen Studien am Menschen und kosten Pharmaunternehmen pro Medikament 2,5 Mrd. EUR. „Die hohe Misserfolgsquote geht darauf zurück, dass noch kein zuverlässiges präklinisches Modell existiert, das die Wirkung von Arzneimitteln auf den realen menschlichen Körper genau prognostiziert“, sagt Valentina Menozzi, Technischer Vorstand und Mitbegründerin von Prometheus SRL. Zellverbände, die in Labortests (an künstlichem Gewebe und später an Tiermodellen) verwendet werden, sind meist anders aufgebaut als Zellen des menschlichen Körpers in klinischen Humanstudien, sodass die menschliche Reaktion schwer abzuschätzen ist. Menozzi und ihr Team fanden im durch Horizont 2020 finanzierten Projekt 3DLT nun einen Weg, wie Pharma- und Kosmetikunternehmen Forschungs- und Entwicklungskosten senken können, um den Prozess effizienter und weniger abhängig von Tierversuchen zu machen. Prometheus SRL entwickelte eine 3D-Biodrucktechnologie, die menschliche Zellen druckt und so Gewebe erzeugt, dessen Eigenschaften menschlichem Gewebe sehr nahe kommen. An dem labortechnisch erzeugten Gewebe können neue Medikamente getestet, und künftig könnte sogar geschädigtes oder krankes körpereigenes Gewebe ersetzt werden. Im Rahmen des 3DLT-Projekts wurde ein 3D Lymphknoten generiert, an dem neue Immuntherapien im Kampf gegen Krebs getestet werden können. Der Lymphknoten mit dem Namen 3DLN hat ähnliche Eigenschaften wie ein menschlicher Lymphknoten, besteht sowohl aus immunisierten als auch aus Krebszellen und kann so die Art und Weise imitieren, wie Immunzellen gegen Krebs aktiv werden. „Technisch haben wir bereits unter Beweis gestellt, dass in unserem 3DLN-Produktionssystem ein hoher Prozentsatz der Zellen überlebt (96 %). Es funktioniert damit besser als herkömmliche Techniken zur Erzeugung dreidimensionaler Strukturen“, sagt Menozzi.

Druck von Zellgewebe

Der Biodrucker von Prometheus sorgt während des Druckvorgangs für das zelluläre Überleben und steuert die zelluläre Zusammensetzung in hoher Auflösung. Durch sorgfältige Wahl spezifischer Biomaterialien reproduziert der Drucker das Gewebe auf eine Weise, die dem Ausgangsmaterial nahezu identisch ist. Zusammensetzung, Funktion und Struktur sind ähnlich wie bei menschlichen Lymphknoten. Durch Biodruck können allerdings größere Mengen erzeugt werden, was billiger und unbedenklicher ist als andere Methoden. Der Einsatz von Laborgewebedruck umgeht auch die ethischen Probleme im Zusammenhang mit Tierversuchen. „Der 3D-Lymphknoten von Prometheus dürfte ein wichtiger technischer Fortschritt in der Immunonkologie sein, da Pharmaunternehmen Medikamente bisher nur an Tiermodellen oder Zellagglomeraten (Sphäroiden) testen und die menschlichen Bedingungen kaum nachstellen können“, sagt Dr. Menozzi.

Auf zu Neuem

Eine weitere Anwendung für 3DLN könnten verschiedenste regenerative Therapien sein, bei denen geschädigte menschliche Lymphknoten ersetzt werden. Wird vom Tumor befallenes Lymphknotengewebe ersetzt, könnte die Ausbreitung im Körper gestoppt und der Schmerz gelindert werden. „Schon vor der Machbarkeitsstudie war uns der Stellenwert eines neuen, zuverlässigen und prädiktiven Systems für die Krebsforschung klar. Nach Rücksprache mit großen Pharmaunternehmen, die neue Therapien entwickeln, sowie Medizinern, die neue Krebstherapien testen, zeigte sich jedoch ein überraschend großer Marktbedarf und ein großes Spektrum an Möglichkeiten“, fügt Menozzi hinzu. Das 3DLT-Projekt will nun an anderen präklinischen Modellen die Zuverlässigkeit des gedruckten Lymphknotens prüfen, um die Wirksamkeit neuer Medikamente zu ermitteln. „Dann werden wir mit der gesamten Produktion in Serienfertigung gehen, um den Prozess erschwinglich zu machen“, sagt Menozzi.

Schlüsselbegriffe

3DLT, Lymphknoten, Biodruck, Medikamente, Tests, Tier, Markt

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