Das komplexe menschliche Herz besser verstehen durch 3D-Bioprinting
Das Herz ist ein komplexes Organ mit einer Mechanik und Physiologie, die schwer zu erforschen und zu verstehen sind. Der 3D-Druck könnte jedoch dazu beitragen, diesen lebenswichtigen Teil unseres Körpers besser zu verstehen. Das ist jedenfalls das Ziel eines Forscherteams des Azrieli-Zentrums des CHU Sainte-Justine in Kanada. Die Forscher haben ein „Herz auf dem Chip“ oder heart-on-a-chip auf Englisch entwickelt: Es handelt sich um ein durch 3D-Biodruck hergestelltes System, das es ermöglichen würde, die mechanische und elektrische Aktivität des menschlichen Herzens zu simulieren und sein Verhalten nachzuahmen. Ein Gerät, das die Erforschung jeder einzelnen Herzerkrankung vereinfachen und die Entwicklung spezifischer Behandlungen ermöglichen könnte, die besser auf den jeweiligen Patienten zugeschnitten sind.
Seit einigen Jahren entwickelt sich das 3D-Bioprinting rasant weiter und ist die Grundlage für eine Reihe vielversprechender und ermutigender medizinischer Projekte. Bei diesem Verfahren werden aus menschlichen Zellen lebende Strukturen geschaffen. Eines der Ziele der Anwender dieser Technologie ist es, lebensfähige Organe zu entwickeln und damit die Zahl der Menschen, die auf eine Niere, eine Leber oder ein Herz warten, deutlich zu senken. Transplantationen könnten schneller und potentiell mit weniger Risiken durchgeführt werden. Bis dahin ist es noch ein weiter Weg, aber die Bioprinting-Technologie verspricht große medizinische Fortschritte. Bisher wird sie hauptsächlich in der Forschung eingesetzt und bietet alternative Lösungen, um die eine oder andere Krankheit besser zu verstehen.
Der von den kanadischen Forschern entwickelte Prozess.
Diejenigen, die das Herz betreffen, sind besonders komplex. Da es sich um ein lebenswichtiges Organ handelt, ist es für Mediziner heutzutage sehr schwierig, die Zellaktivität direkt zu untersuchen und aussagekräftige Schlussfolgerungen zu ziehen. Aus diesem Grund haben sich Forscher am CHU Sainte-Justine mit der Entwicklung eines bio-bedruckten Rings befasst, der die Physiologie und Mechanik des Herzens nachbildet. Sie entwickelten eine spezielle Biotinte aus natürlichen, lichtvernetzenden Polymeren, Methacryloylgelatine (GelMA), Alginatmethacrylat (AlgMA) und elektrisch leitenden Nanomaterialien aus reduziertem Graphenoxid (rGO). Diese Kombination führte zu einem Material, das leichter zu drucken war, aber auch bessere mechanische Zug- und Druckeigenschaften aufwies.
Die Forscher druckten also ringförmiges Herzgewebe in 3D, um das Verhalten des Organs leichter untersuchen zu können. Es handelt sich um eine Art Chip, der leichter hergestellt und analysiert werden kann. Houman Sovaji, Professor für Pharmakologie und Leiter der Studie, erklärt: „Unsere Forschung hat es ermöglicht, die 3D-Biodrucktechnologie zu kombinieren, um Standardherzen auf einem Chip viel schneller und genauer herzustellen. Mehr noch, unsere Ergebnisse zeigen, dass die gedruckten Geräte leistungsfähiger sind als die manuell hergestellten.“
Langfristig hoffen die Forscher, die Stammzellen des Patienten nutzen zu können, um Modelle von Herzerkrankungen zu entwickeln und Behandlungen direkt auf dem Chip und damit an den Zellen zu testen. Dies eröffnet also neue Perspektiven für die Entwicklung besserer Medikamente – und zwar auf personalisierte Weise. Ali Mousavi, ein weiterer Autor der Studie, fasst zusammen: „Der nächste Schritt wird darin bestehen, gesunde und kranke Herzzellen miteinander zu vergleichen, um solide Modelle für Herzkrankheiten zu entwickeln. Dies wird uns auch ermöglichen, die Wirkung neuer therapeutischer Moleküle auf die Zellen sicher und genau zu testen.“ HIER können Sie auf die gesamte Studie zugreifen.
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*Bildnachweise: Centre Azrieli/CHU Sainte-Justine
