Im Labor des Fachgebietes "Medizinische Biotechnologie" der Berliner Technischen Universität ist abends um 19:00 Uhr noch Hochbetrieb. Konzentriert arbeiten die Forscher an den Brutschränken.
"Die Chips können entweder in Brutschränken stehen oder eben auch temperiert außerhalb der Brutschränke."
Die Chips sind sogenannte Multi-Organ-Chips. Auf einer handtellergroßen Fläche befinden sich kleine Bioreaktoren, in denen beispielsweise Leber- und Hautzellen wachsen. Genährt wird die Mikro-Lebensgemeinschaft von einer Pumpe im Miniaturformat, die Nährflüssigkeit durch winzige Kanäle pulsieren lässt.
"Was Sie hier im Hintergrund klicken hören, das sind die Herzen der Chips."
Die Arbeiten hier an der Berliner Technischen Universität dienen dazu, künftig eine Vielzahl der Tierversuche für Arzneimittel- und Kosmetika-Tests zu ersetzen. Allein in Deutschland starben dafür 2013 nach Angaben des Bundeslandwirtschaftsministeriums rund drei Millionen Tiere.
"Wir haben unsere gesamte Technologie angepasst auf die Art und Weise, wie man heute Tierversuche macht für die subsystemische Testung von Arzneimitteln."
Keine Qualen beim Tier, bessere Resultate
Nimmt man Versuche an Mäusen beispielsweise, so bekommen die Tiere über 28 Tage hinweg täglich eine genau bestimmte Dosis einer Testsubstanz.
"Und am Ende werden die Mäuse aufgeschnitten und alle Organe histologisch analysiert. Genauso haben wir unsere Essays aufgebaut. Wir können die Organe hier reintun, wir können die kultivieren, die werden jeden Tag beaufschlagt, und wir können aus dem Kreislauf jeden Tag ein Surrogat einer Blutprobe entnehmen, in denen können wir alles analysieren, was wir auch bei der Maus analysieren."
Die Zellen in den Kammern des Chips wachsen zu winzigen Organen heran, die über den Nährstoffkreislauf miteinander verbunden sind, ganz ähnlich wie im menschlichen Körper. Die neueste Variante des Multi-Organ-Chips beherbergt bereits Leber, Niere, Darm und Haut.
"Ein solcher Vier-Organ-Chip kann das sogenannte ADMET–Profil: Absorption, Distribution, Metabolismus, Exkretion und Toxikologie, perfekt abdecken, weil er dazu alle Organe draufhat."
Als "ADMET–Profil" bezeichnen die Experten jene Testreihen, mit denen Daten hinsichtlich der Aufnahme und Verteilung von Substanzen im Körper gewonnen werden. Doch auch schon der seit zwei Jahren erprobte Zwei-Organ-Chip liefert wertvolle neue Einblicke. Mit seiner Hilfe lässt sich beispielsweise untersuchen, wie Stoffwechselprodukte aus der Leber Hautzellen beeinflussen.
"Wir können nach dem Stoffwechsel in der Leber, was Sie ja als erstes Organ drin haben bei den Zwei-Organ-Chips, die Toxizität von Metaboliten aus der Leber auf ein Zweitorgan messen. Man würde die nicht sehen im Tier, weil die im Tier unter Umständen als Stoffwechselprodukte nicht toxisch sind. Die menschliche Leber verstoffwechselt anders als die im Tier. Man sieht sie auch nicht in den normalen Zellkulturen, weil da nur die Leber liegt, aber nicht die von den Stoffwechselprodukten vielleicht toxisch angegriffene Zelle. In der Kombination kriegen wir das erstmals hin."
Wie verlässlich und neu die so gewonnenen Informationen sind, zeigt der Vergleich mit den Kontrolluntersuchungen der Pharma- oder Kosmetikfirmen.
"Sie halten es gegen ihre im Haus befindlichen Systeme, und wir sehen, dass die dort vorhandenen Systeme eben die Aussage manchmal gar nicht bringen können. De sind robust, die sind reproduzierbar, nur, sie können den Datensatz nicht erzeugen, den wir hier erzeugen, weil es eine Maushaut ist, sie ist wunderbar, sie reagiert auch, aber sie reagiert eben nicht wie der Mensch."
Allergische Hautreaktionen auf bestimmte Substanzen zum Beispiel kann der Multi-Organ-Chip heute schon viel genauer dokumentieren als Tierversuche mit Mäusen.
""Diese rote Reaktion, das ist nicht nur die Haut, sondern auch der nächste Lymphknoten und das Immunsystem, was mitreagiert. Da können Sie allein schon menschliche Haut und menschliches Immunsystem auf einem Zwei-Organ-Chip verbinden und da können Sie Dinge messen, die Sie einfach im Tier nicht korrekt messen können. Jetzt schon."
Und das ist erst der Anfang. In drei Jahren soll der Multi-Organ-Chip bereits zehn Organe beherbergen und dann noch viel umfassendere Einsichten ermöglichen.
