Organ-on-Chip zur Entwicklung von Diabetes Medikamenten

Ihr benutzt menschliche Zellen auf eurem Chip?

Patrick: So ist es. Wir entwickeln Plattformen f¨¹r die Untersuchung von medizinischen Wirkstoffen ausserhalb des K?rpers unter Bedingungen, die dem lebenden Organ so weit wie m?glich ?hneln. Unser Ziel ist, physiologisch sinnvolle und reproduzierbare Daten zu erhalten. Im vorliegenden Fall haben wir die zeitabh?ngige Absonderung von Insulin aus Zellen der Bauchspeicheldr¨¹se untersucht.

Euer Chip hat ein ungew?hnliches Design. Er ist unten offen. Tropfen h?ngen daran herunter. Warum sollten Forscher Sekretstudien in h?ngenden Tropfen statt in gut geschlossenen Kammern durchf¨¹hren? Der Aufbau sieht etwas wackelig aus ¡­.

Patrick: Die h?ngenden Tropfen haben sich als absolut verl?ssliches und reproduzierbares Medium erwiesen, um Wirkstoffe an Mikrogewebe zu untersuchen. Wir f¨¹gen in jeden Tropfen ein Mikrogewebe ein, welches sich an der Wasser-Luft Oberfl?che ganz unten im Tropfen ansiedelt (siehe Fig. 2). Wir durchstr?men den Tropfen mit winzigen Fl¨¹ssigkeitsvolumen, um das Gewebe mit N?hrstoffen zu versorgen, aber auch um Wirkstoffe einzubringen. Das Str?mungsmuster im h?ngenden Tropfen ist einzigartig und bietet Vorteile gegen¨¹ber geschlossenen Systemen. Das nutzen wir aus, um Absonderungen aus dem Gewebe mit hoher Zeitaufl?sung zu analysieren.

Woher nehmt ihr eure Gewebeproben?

Patrick:  Das ist eine Frage f¨¹r meine Kollegin Burcak von InSpero. Wir haben eine exzellente Zusammenarbeit, bei der die ETH Z¨¹rich die technische Entwicklung der Organ-on-Chip Plattform ¨¹bernimmt und InSphero das Mikrogewebe liefert.

Burcak: In der Tat erg?nzen sich unsere Kompetenzen sehr gut. Wir stellen das Mikrogewebe der Bauchspeicheldr¨¹se aus menschlichen Organspenden her. Wir erhalten isolierte Inselzellen. Das sind die Mikroorgane in der Bauchspeicheldr¨¹se, die Hormone wie das Insulin absondern, welches unseren Blutzuckerspiegel steuert. Wir zerlegen diese Inselzellen, die in verschiedenen Gr?ssen und Zusammensetzungen kommen, und setzen sie wieder zu standardisierten, dreidimensionalen Mikrogeweben zusammen.  Es ist n?mlich so, dass regelm?ssige Gewebeproben zu besser reproduzierbaren Untersuchungsergebnissen an diesen Proben f¨¹hren.

Sind die fabrizierten Mikrogewebe ¨¹berhaupt noch nat¨¹rlich?

Burcak: Die Struktur unseres Mikrogewebes lehnt sich ganz nah an die Struktur der Inselzellen in der menschlichen Bauchspeicheldr¨¹se an und beh?lt deshalb auch seine nat¨¹rliche Reaktion auf verschiedene Stimuli.  Wenn wir das Mikrogewebe einer erh?hten Glukosekonzentration aussetzen, so reagieren die Zellen mit einem prompten Insulinausstoss. Einige Minuten sp?ter folgt eine weniger intensive, oszillierende Absonderung (siehe Fig. 3). Bei einer Diabeteserkrankung ist diese Reaktion beeintr?chtigt. Es gibt verschiedene Ans?tze, die gesunde Insulinabsonderung wiederherzustellen. Forscher schauen sich den zeitlichen Verlauf der Insulinabsonderung im Detail an, um die zugrundeliegenden Mechanismen von Diabetes besser zu verstehen und um Wirkstoffe f¨¹r die Behandlung zu entwickeln. Die Kombination unseres robusten Mikrogewebes kombiniert mit Patricks Testplattform bietet eine nach unserem Wissen bis anhin nie dagewesene zeitliche Aufl?sung.

Letzte Frage: Wann ist die Organ-on-Chip Plattform kommerziell erh?ltlich?

Burcak: Das Mikrogewebe ist im Rahmen von Kollaborationsprojekten mit InSphero sofort erh?ltlich.

Patrick: Aktuell haben wir funktionierende Prototypen, die wir gern in Zusammenarbeit mit akademischen und industriellen Partnern optimieren. Unsere Prototypen erm?glichen sehr sensitive Messungen an einzelnen Inselzellen, was hoffentlich sehr n¨¹tzlich f¨¹r die Diabetesforschung ist. Im n?chsten Schritt m?chten wir den experimentellen Durchsatz erh?hen, weil dies ein Schl¨¹sselkriterium f¨¹r die Wirkstoffpr¨¹fung ist. Dar¨¹ber hinaus wollen wir die operationelle Komplexit?t reduzieren, damit das System in den verschiedensten Labors zum Einsatz kommen kann.