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    Organ-on-Chip-Systeme und Bioprinting

    Mikro-Organsysteme in Diagnostik und Therapie

    Ein Organ-on-Chip ist ein „mikrofluidisches System, das lebende künstliche Organsubstrukturen in einer kontrollierten Mikroumgebung enthält und das einen oder mehrere Aspekte des Organs, z.B. Funktionalität und physiologische Reaktion in vivo nachbildet”*.

    Organ on a chip

    Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Organ_on_a_chip.jpg

    Organ-on-Chip-Systeme (OoC-Systeme) bieten viele Vorteile für die schnelle und kostengünstige Entwicklung von Medikamenten sowie von individualisierten Therapien. Durch die Nachbildung kleinster funktionaler Einheiten von Organen mittels menschlicher Zellen in einer physiologischen Mikroumgebung lassen sich die Ergebnisse besser auf den Menschen übertragen, als dies bei Tiermodellen der Fall ist. Organ-on-Chip-Systeme vereinen somit die Vorteile von klassischen Zell-Assays (menschliche Zellen) mit denen von Tiermodellen (durchblutete, lebende Gewebe). Darüber hinaus können mit ihnen Tierversuche zukünftig deutlich reduziert oder sogar vollständig vermieden werden. Bereits heute finden Organ-on-Chip-Systeme Einsatz in Diagnostik und Wirkstoffforschung.

    3D-Bioprinting

    Eine weitere zukunftsweisende Technologie ist das dreidimensionale Drucken von lebenden Zellen zu Geweben und (Mikro)-Organen, das sogenannte 3D-Bioprinting. Diese Technologie findet bereits Einsatz in der pharmazeutischen Forschung, der Diagnostik und Klinik.

    Das Projekt 3D-Bio-Net

    In dem BMBF-geförderten und von microTEC Südwest koordinierten Projekt 3D-Bio-Net (FKZ 03VNE1034, Förderdauer: 2017-2020) arbeiteten neun Partner aus Industrie und Forschung an der Entwicklung eines 3D-Bioprinter-Prototyps, der das Drucken funktionaler menschlicher Gewebe mit Blutgefässen ermöglicht und dabei innovative Softwarekonzepte nutzt. Weiterhin wurde eine umfassende generische Plattform für das dreidimensionale Drucken menschlicher Zellen und Gewebe etabliert, die Materialien, Prozesse, Hard- und Software und Testsysteme für z.B. Medikamente umfasst sowie regulatorische Anforderungen berücksichtigt.

    Video 3D-Bio-Net, Umsetzung: Jonas Neugebauer im Auftrag von microTEC Südwest

    Knochen und Organ-on-Chip-Systeme aus dem Drucker

    Eines der vielen erfolgreichen Projektergebnisse ist der gelungene Druck von Knochenkonstrukten, die vital und durchblutet in der Gewebeersatzforschung zum Einsatz kommen können. Weiterhin wurden funktionale Miniatur-Organmodelle für die Niere und Blut-Hirn-Schranke entwickelt, die zukünftig in der Wirkstoffforschung Tierversuche verzichtbar und die Entwicklung von Medikamenten sicherer und schneller machen.

    Die zukunftsweisenden Erkenntnisse aus dem Projekt werden in weiteren Forschungs- und Entwicklungsprojekten fortgesetzt.

    Perspektiven: ZIM-Netzwerk QualiNET-OoC

    Die Forschung an Organ-on-Chip-Systemen als auch im Bereich des 3D-Bioprintings ist sehr komplex und erfordert einen hohen Grad an Interdisziplinarität: Expert*innen aus Biologie, Medizin, Materialwissenschaften, Informatik und Mikrosystemtechnik arbeiten hier eng zusammen.

    Aufbauend auf den Erkenntnissen des 3D-Bio-Net-Projektes und der umfassenden Expertise weiterer Partner und Mitglieder wurde 2021 durch microTEC Südwest ein ZIM-Innovationsnetzwerk im Themenbereich „Organ-on-Chip-Systeme“ beantragt. Kernziele des Netzwerks aus 14 Partnern aus Industrie und Forschung sind die Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Parallelisierung von Organ-on-Chip-Systemen für den Einsatz in Diagnostik und Therapie. Auch die Anwendung innovativer 3D-Bioprinter zur Herstellung der Mikroorgansysteme ist geplant.

    Themennahe Fachgruppen bei microTEC Südwest

    Die Fachgruppe „Mikromedizintechnik“ setzt sich für die Erforschung, Entwicklung, Zulassung und Erstattung von Produkten für spezifischere Diagnoseverfahren, wirksamere Therapien und alltagstaugliche Hilfsmittel für die Rehabilitation ein. Anknüpfungspunkte ergeben sich auch zu den Fachgruppen Oberflächen und Drucktechnologien von microTEC Südwest.

     

    *Definition „Organ-on-Chip“ aus dem Final Report des ORCHID Projekts. Mastrangeli et al. (2019), „Organ-on-Chip In Development - ORCHID Final Report“. Online verfügbar unter: https://h2020-orchid.eu/wp-content/uploads/2020/02/ORCHID-Summary.pdf/

    • microTEC Kontakt

      Damaris Jankowski (Dipl.-Biol.)
      Projekte und Kooperationen

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