Organ-on-a-Chip: US-Forscher entwickeln Herzchip für Medikamententests
Einen Herzchip haben Wissenschaftler der Universität von Kalifornien in Berkeley entwickelt. Das Organ-on-a-Chip soll für Arzneimitteltests dienen.
Der Herzsimulator besteht aus einem Stück eines Herzmuskels in einem etwa 2,5 Zentimeter großen Silikongehäuse. Die Muskelzellen zucken wie im Körper, wo sie für den Herzschlag sorgen. An den Zellen in dem Chip sollen künftig Herz-Kreislauf-Medikamente getestet werden.
Künstliche Adern versorgen Zellen
Die Herzzellen wurden aus pluripotenten Stammzellen gewonnen. Ihr dreidimensionaler Aufbau ähnelt dem in einem menschlichen Herz. Auf beiden Seiten der Zellen gibt es Kanäle, die wie Adern im Körper die Zellen mit Nährstoffen und Medikamenten versorgen.
"Dieses System ist nicht einfach eine Zellkultur, also ein Gewebe in einer statischen Flüssigkeit" , sagt Anurag Mathur(öffnet im neuen Fenster) . "Wir haben dieses System so entworfen, dass es dynamisch ist. Es bildet nach, wie Gewebe in unserem Körper mit Nährstoffen und Medikamenten in Kontakt kommt."
Zellen reagieren auf Herzmedikamente
24 Stunden, nachdem die Herzzellen in das Gehäuse integriert worden waren, begannen sie im normalen Rhythmus, also 55- bis 80-mal in der Minute, zu schlagen. Die Forscher um Projektleiter Kevin Healy testeten ihren Herzchip dann mit bekannten Herzmedikamenten. Die Zellen reagierten darauf wie Herzzellen im Körper: So stieg der Herzschlag etwa, nachdem die Forscher dem Chip das Medikament Isoprenalin verabreichten – damit wird Bradykardie(öffnet im neuen Fenster) , ein zu langsamer Herzschlag, behandelt. Die Frequenz stieg von 55 auf 124 Schläge in der Minute.
Bislang werden Arzneimittel an Tieren getestet. Solche Tierversuche sind ethisch problematisch. Außerdem sind die Ergebnisse nicht immer aussagekräftig: Es gebe fundamentale biologische Unterschiede zwischen menschlichem und tierischem Gewebe, sagen die Forscher. So unterschieden sich die Ionenkanäle, durch die Herzzellen elektrische Ströme leiten, bei Menschen und anderen Tieren. Viele Herz-Kreislauf-Medikamente wirken aber genau auf diese Kanäle.
Viele Herzmedikamente werden zurückgerufen
Deshalb würden dringend In-Vitro-Systeme benötigt, die bessere Aussagen über Schädlichkeit von Arzneimitteln ermöglichen, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Scientific Reports(öffnet im neuen Fenster) . "Systeme, die Kardiotoxizität vorhersagen, sind von größter Wichtigkeit, da Kardiotoxizität der Grund für etwa ein Drittel der sicherheitsbedingten Pharmarückrufe ist."
Das Projekt ist Teil des Forschungsprojekts Tissue Chip for Drug Screening(öffnet im neuen Fenster) , das vom National Institute of Health (NIH), der Food and Drug Administration und der Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) finanziert wird. Ziel des Projekts ist es, Chips zu entwickeln, die die Struktur und Funktion von menschlichen Organen nachbilden.
Vor einigen Jahren haben diverse US-Universitäten zehn Organchips vorgestellt, die die wichtigsten Funktionen des menschlichen Körpers simulieren . Solche Chips sollen Tierversuche in der Arzneimittelentwicklung ersetzen, sagt Healy.