Statt Tierversuchen Künstlicher Mini-Mensch: Multiorgan-Chip

Bisher war es kaum möglich Medikamente auf den Markt zu bringen, ohne vorher Tierversuche zu unternehmen. Ein neu entwickelter Mikrochip soll helfen. Er simuliert den Blutkreislauf und die Organe von Mensch und Tier.

Viele Menschen fordern schon lange eine Ende der Tierversuche. Das ist vielleicht schon bald keine Zukunftsmusik mehr. Möglich macht es ein sognannter Multiorgan-Chip, der von Ingenieuren des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden entwickelt wurde. Es ist der weltweit erste solche Chip mit einem geschlossenen Blutkreislauf. Und deshalb haben die Dresdner jüngst einen renommierten europäischen Innovationspreis bekommen.

Beim Multiorgan-Chip handelt es sich um eine kleine Plastikscheibe, kaum größer als eine Visitenkarte. In winzigen Röhrchen fließt tief rotes Blut durch das transparente Plastik. Mehrer Kanäle befinden sich auf der Platte, jeder ist ungefähr 200 Mikromeder breit, also nur so winzig wie zwei nebeneinanderliegende Haare. Diese Kanäle entsprechen in etwa den Blutgefäßen in unserem Körper.

Nachbildung eines komplexen Organismus

Dr. Udo Klotzbach arbeitet seit zehn Jahren am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik an diesem Multiorgan-Chip. Heute ist er marktreif, wird unter anderem an der Uniklinik Dresden mit Erfolg genutzt. Denn er ermöglicht Medizinern und Pharmakologen etwas, was zuvor nur mit Tieren ging: Sie können testen, wie der menschliche Körper auf Wirkstoffe reagiert. Denn der Multiorgan-Chip bildet unseren komplexen menschlichen Organismus nach.

Das Besondere ist der aktive Blutkreislauf, erklärt Klotzbach. Eine winzige Pumpe simuliert das menschliche Herz und drückt das Blut durch den Röhrchen-Kreislauf. In kleine Kammern können Zellen der einzelnen Organe gelegt werden: Haut, Leber, Niere – ganz egal.

Dazu haben wir dann noch Mikroventile, (…) um die Zirkulation bedarfsgerecht zu steuern. Vielleicht wie Ihr Heizungssystem zuhause, wo Sie auch viele Sachen steuern und das Herz unten im Keller steht mit der Heizung, gibt's auch die Möglichkeit das auf so einem kleinen Bauteil wie so einer Polymerfolie zu realisieren.

Dr. Udo Klotzbach, IWS
Plastikplatte mit winzigen kleinen Röhrchen, durch die tiefrotes Blut fließt.
Bildrechte: Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden

Mit solchen Ventilen können zum Beispiel auch Infarkte simuliert werden: So können Mediziner zum Beispiel sehen, wie und wann Nervenzellen bei einem Schlaganfall absterben.

Außerdem werden verschiedene Organe unterschiedlich stark durchblutet.

Das alles kann auf dem Multiorgan-Chip in Visitenkartengröße dargestellt werden, erklärt Udo Klotzbach. Doch damit nicht genug:

Wesentlicher Vorteil unserer Sache ist die individualisierte Medizin. Hier haben wir die Möglichkeit, wenn wir Patienten haben, die den gleichen Krebs haben, dort einene Biopsie zu entnehmen und im Vorfeld der Heilungsphase Tests zu realisieren auf unserem Chip.

Dr. Udo Klotzbach, IWS

Und so kann dann die individuelle Medikation ganz präzise auf den Körper jedes einzelnen Patienten abgestimmt werden. Die individuell richtige Therapie wäre also nach Tagen gefunden anstatt nach Jahren.

Echte menschliche Zellen statt Tiere

Außerdem überlebten die Zellen im Multiorgan-Chip viel länger: Etwa einen Monat statt weniger Tage wie bei der Petrischale. Damit ließen sich beispielsweise die Auswirkungen von Medikamenten besser bestimmen. Und das an echten menschlichen Zellen, statt an Tieren. Trotzdem werden Medizin und Pharmakologie auch künftig nicht zu hundert Prozent auf Tierversuche verzichten können, dämpft Klotzbach allzu hohe Erwartungen.

Es wird auch weiterhin Tierversuche geben, aber ich kann mir durchaus vorstellen, dass man die Anzahl der Tierversuche reduziert – wesentlich reduziert. Zumal man ja auch die Tierversuche nicht eins zu eins auf den Menschen übertragen kann.

Dr. Udo Klotzbach, IWS

Bisher könnten auf dem Chip bis zu vier Organe abgebildet werden, um einen kompletten menschlichen Organismus zu imitieren, müssten es aber zehn sein, sagt Klotzbach. Und etwa auch die Komplexität des Gehirns lasse sich im schablonenhaften Modell-Organismus noch nicht darstellen. Aber daran arbeiten sie noch, sagt Klotzbach. Und schließlich wolle er ja auch im Jahr 2030 noch etwas zu tun haben.

Dieses Thema im Programm: MDR AKTUELL | 03. März 2017 | 07:22 Uhr