Biochips: Der Mensch besteht aus zehn Organchips

Zehn Chips aus durchsichtigem Kunststoff reichen aus, um einen Menschen zu simulieren. Die Chips stehen für die Organe. In einem Forschungsprojekt sollen sie zu einem Menschen-auf-einem-Chip vernetzt werden.

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Lunge-auf-einem-Chip: Lebende Zellen
Lunge-auf-einem-Chip: Lebende Zellen (Bild: Harvard University)

Einen Menschen auf einem einzigen Chip darzustellen - das ist das Ziel des Forschungsprojektes Tissue Chip for Drug Screening: Der Mensch-auf-einem-Chip soll die Funktionen des menschlichen Körpers nachahmen und unter anderem in der pharmazeutischen Forschung eingesetzt werden.

Zehn Chips - ein Mensch

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Aus gerade mal zehn Chips soll das System bestehen - jeder von ihnen steht für ein Organ. Die Chips bestehen aus durchsichtigem Kunststoff, der von Kanälen durchzogen ist. Darin sitzen Zellen aus dem jeweiligen Organ. Hinzu kommen mechanische Komponenten wie Pumpen, die z.B. den Herzschlag nachbilden.

Der Lungenchip wurde von Forschern der Harvard-Universität entwickelt. Hauptelement ist ein Kanal, der in Längsrichtung von einer Membran geteilt wird. Auf der einen Seite sitzen Lungenzellen, auf der anderen Zellen aus menschlichen Blutgefäßen. Auf der Seite der Lungenzellen strömt Luft durch den Chip, auf der anderen eine Flüssigkeit, in der weiße Blutkörperchen schwimmen. Setzen sich Krankheitserreger aus der Luft auf die Lungenzellen, wandern die weißen Blutkörperchen durch kleine Öffnungen in der Membran und attackieren die Erreger.

Lunge-auf-einem-Chip

Ist der Lungenchip immerhin so groß wie ein USB-Stick, fällt das Gehirn deutlich kleiner aus: Der Microbrain Bioreactor, den Forscher an der Vanderbilt in Nashville im US-Bundesstaat Tennessee entwickeln, besteht aus zwei Kammern, jeweils "von der Größe eines Senfkorns". In der einen befinden sich Gehirnzellen, in der anderen Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit. Beide werden durch künstliche Blutgefäße miteinander verbunden - das reiche aus, um "eine Mikroumgebung zu schaffen, in der sich Neuronen und andere Hirnzellen verhalten wie in einem lebenden Gehirn." Der Bioreaktor soll in etwa so groß wie ein Reiskorn sein.

  • Organchips: Lunge (oben) und Darm (unten) (Foto: Harvard University)
  • So könnte der Chip aussehen, der das Gehirn simuliert. (Grafik: Dominic Doyle & Frank Block, Vanderbilt University)
Organchips: Lunge (oben) und Darm (unten) (Foto: Harvard University)
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Am Ende des Projekts sollen die zehn Organe-auf-einem-Chip zu einem Menschen-auf-einem-Chip vernetzt werden. Dazu kommt ein System, das diesen versorgt und steuert und es ermöglicht, dass komplexe biochemische Vorgänge in Echtzeit analysiert werden können. Dieser Mensch-Simulator soll dann für Forschungszwecke - beispielsweise in der Pharmazie - eingesetzt werden. Er könnte dann Tierversuche mit Medikamenten überflüssig machen.

Bessere Arzneimittel

Dadurch erhofft sich das National Institute of Health (NIH) unter anderem eine effizientere Entwicklung von Medikamenten. Laut NIH erweist sich jedes dritte neue Medikament in klinischen Tests als unbrauchbar oder gar gefährlich, weil Menschen darauf ganz anders reagieren als Versuchstiere. Solche Fehlschläge sollen durch die Biochips vermieden werden. Die NIH ist eine US-Behörde, die aus über 25 biomedizinischen Forschungsinstituten besteht.

An dem Projekt sind eine Reihe von US-Universitäten beteiligt. Finanziert wird es von den NIH, der Food and Drug Administration, die für die Zulassung von Arzneimitteln und die Lebensmittelüberwachung zuständig ist, sowie der Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa). Die Laufzeit beträgt fünf Jahre.

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