3D-gedruckter Body-On-Chip könnte das Ende von Tierversuchen bedeuten

Dank der additiven Fertigung könnten Versuche an lebendigen Tieren womöglich durch ein weitaus ethisch vertretbareres Verfahren bei der Medikamententestung ersetzt werden. Wissenschaftlern der Universität Edinburgh ist es nämlich gelungen, einen 3D-gedruckten „Body-on-Chip“ zu entwickeln, welcher den Verlauf eines Medikaments durch den menschlichen Körper imitiert und damit dessen Wirkung und Verträglichkeit untersucht. Der Kunststoff-Chip ermöglicht die Testung verschiedener Arten von Medikamenten. Mit Hilfe dieser neuen Innovation wird erstrangig dem Problem entgegengewirkt, dass bislang Tiere für diese Erprobung im Bereich der Medizin leiden mussten. Somit lässt sich das Verhalten von Organen nun auf eine unbedenklichere Weise durch die Forscher analysieren. Das „Body-On-Chip“-Gerät entstand innerhalb eines Doktorandenstipendiums, das in Zusammenarbeit mit dem National Centre for Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research (NC3Rs) und finanzieller Unterstützung von Unilever durchgeführt wurde.

Diese in der schottischen Hauptstadt entwickelte Innovation markiert eine weltweit zukunftsweisende Premiere. Der neu entwickelte Chip umfasst fünf Kammern, welche mit Hilfe eines 3D-Druckers produziert wurden. Die einzelnen Bestandteile sollen das menschliche Herz, das Gehirn, die Niere, die Lunge und die Leber nachstellen. Die Kanäle, die die verschiedenen Organfächer miteinander verbinden, dienen der Ausbreitung der Medikamente. Dieses Kapillarsystem soll den Forschern innerhalb einer kontrollierten Umgebung veranschaulichen, wie und wohin sich neue medizinische Substrate durch das Kreislaufsystem des Menschen verteilen, wie die Organe darauf reagieren und wie lange das Medikament in den einzelnen Organen verweilt. Damit Schlussfolgerungen für die medizinische Ausbreitung im menschlichen Körper abgeleitet werden können, müssen die verwendeten „Body-On-Chip“-Geräte über die verschiedenen Exemplare hinweg einen gleichmäßigen Durchfluss aufweisen.

Die fünf Kammern des Body-On-Chips (Bild: Murdo MacLeod/The Guardian)

Hierfür arbeiteten die Wissenschaftler der University of Edinburgh Liam Carr, der Erfinder des Chips, und Dr. Adriana Tavares vom Edinburgh Centre for Cardiovascular Science (CVS), Carrs PhD-Betreuerin, zusammen mit dem Edinburgh College of Art, um unterschiedliche Versionen der Chip-Innovation auszuprobieren. Um die gleichmäßige Verteilung des Medikaments innerhalb des Objekts zu überprüfen, wird die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) angewendet. Diese dient der Entwicklung von Bildern im 3D-Format, die die Abläufe im Inneren der jeweiligen Organe darstellen, so Liam Carr. Die PET ist eine diagnostische Bildgebungsmethode in der Medizin, die sich eines sicheren radioaktiven Tracers bedient.

Die Bedeutung des Body-On-Chips für die Forschung

Der Vorteil der PET besteht schließlich in der frühzeitigen Erkennung der Anzeichen von Herzkrankheiten, Krebs, neurologischen Störungen und anderen Erkrankungen, so Carr. Laut des Erfinders könnte außerdem ein Modell einer Fettlebererkrankung in das Gerät implementiert werden, um Schlussfolgerungen für den Einfluss einer kranken Leber auf weitere Organe ziehen zu können. Darüber hinaus könnten laut Carr mehrere Modelle verbunden werden, um den Einfluss, den verschiedene Erkrankungen aufeinander haben, zu erforschen. Das Verfahren hilft den Forschern schließlich dabei, die Wirkung neuer Medikamente im gesamten Körper eines Patienten einzuschätzen und stellt damit einen substanziellen Fortschritt in der Medikamententestung dar, so die beiden Forscher. Tavares, betonte weiter die Bedeutung des „Body-On-Chip“ für Tiere: „Dieses Gerät hat ein großes Potenzial, die große Zahl von Tieren zu reduzieren, die weltweit für die Prüfung von Arzneimitteln und anderen Substanzen verwendet werden, insbesondere in den frühen Phasen, in denen nur 2% der Substanzen die Forschungspipeline durchlaufen.“

Jährlich werden 1.000 Tiere weltweit für pharmazeutische Versuche benutzt (Bild: Pharmazeutische Zeitung)

Zudem bestehen laut Tavares weitere Vorteile, wie etwa die Kostenreduzierung durch den Verzicht auf Tierversuche und die Beschleunigung der Einführung von Medikamenten. Außerdem sei die Förderung der Informationslage bezüglich der Auswirkungen von Erkrankungen durch die Nutzung menschenähnlicher Modelle anstatt der bisherigen mit lebendigen Tieren in der Medikamentenentwicklung von Vorteil. Das neue Verfahren stellt folglich eine sowohl ethischere als auch effizientere Alternative zu traditionellen Tierversuchsmethoden in der pharmazeutischen Entwicklung dar und könnte in Zukunft zu einer Verbesserung im Gesundheitswesen beitragen.

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*Titelbildnachweis: Murdo MacLeod/The Guardian