Was versteht man unter Organ-on-a-Chip-Technologie?
Organ‑on‑a‑Chip (OoC) bezeichnet Mikrofertigungs-Verfahren, mit denen Miniaturmodelle von Organen wie Herz, Lunge oder Darm erzeugt werden. Auf vorgefertigten Polymer‑ oder Kunststoffträgern werden Zellen so angeordnet und kultiviert, dass sie organähnliche Gewebe bilden.
Feine mikrofluidische Kanäle versorgen diese Zellen mit Nährstoffen, Sauerstoff oder Luft und erzeugen Strömungen und Konzentrationsgradienten wie im Körper. So lassen sich auch mechanische Einflüsse und Wechselwirkungen verschiedener Zelltypen nachbilden. Das Ergebnis sind Modelle, die realitätsnahe und verlässliche Daten für die Krankheitsforschung und Wirkstofftests liefern.
Wie Bioprinting die Medikamententestung verändert
Die medizinische Forschung sucht im Kampf gegen Krankheiten kontinuierlich nach neuen Medikamenten. Deren Entwicklung dauert lange und ist sehr teuer: Ein Wirkstoffkandidat durchläuft zuerst mehrere präklinische Studien an Zellkulturen (in vitro) oder Tieren (in vivo).
In der letzten Phase vor der Zulassung folgen klinische Studien an Menschen. Im Schnitt werden dabei pro Medikament fünf Wirkstoffkandidaten getestet, von denen am Ende vier scheitern – sogenannte Late Fails. Der Grund: Oft lassen sich die Ergebnisse der vorklinischen Studien nicht gut auf den menschlichen Organismus übertragen.
Viel bessere Ergebnisse erreicht man mit Organs-on-a-Chip aus dem Biodrucker. An diesen kleinen Stücken aus menschlichem Gewebe auf einem Mikrofluidik-Chip können Wirksamkeit und Nebenwirkungen in den präklinischen Studien genauer getestet werden. Ungeeignete Kandidaten werden so in einem deutlich früheren Stadium aussortiert. Das spart Zeit und Geld, so dass neue Medikamente schneller und günstiger entwickelt werden können.
„Mit Organ-on-a-Chip-Systemen können Medikamente bereits in der präklinischen Phase an organähnlichen Modellen aus menschlichen Zellen getestet werden – mit aussagekräftigeren Ergebnissen als Zellkulturen und einer verbesserten Übertragbarkeit auf den Menschen im Vergleich zu Tierversuchen.“
Prof. Dr.-Ing. Andreas Blaeser, TU Darmstadt
Präzise Flüssigkeitssteuerung für die Gewebezüchtung
Festo zeigt nun gemeinsam mit Experten der TU Darmstadt, wie der Verarbeitungsprozess des Bioprintings automatisiert werden kann – inklusive einer Lösung zum berührungslosen Transport der Mikrofluidik-Chips, die mit Bonded-Manifold-Technologie ausgestattet sind. Die mehrlagigen Kunststoff‑Verteilerplatten ermöglichen mit ihren fein strukturierten Mikrokanälen die exakte Dosierung und Handhabung von Flüssigkeiten.
SupraMotion: berührungslos arbeiten im Labor der Zukunft
Mit der einzigartigen Supraleiter-Technologie von Festo lassen sich Objekte berührungslos transportieren. Dabei bleibt das kinematische System außerhalb des Reinraums und verschleppt keine Partikel. Die clean gehaltenen Oberflächen lassen sich leicht reinigen. Die innovative Technologie lässt sich mit Automatisierungslösungen für den Life Science-Bereich zu einem prozesssicheren Gesamtkonzept kombinieren, das höchste Anforderungen an die Reinigung und Sauberkeit erfüllt.
„Wir automatisieren die Herstellung von einem Organ-on-a-Chip und kombinieren dabei erstmals zwei neuartige Technologien: SupraMotion und Diffusion Bonded Manifolds.“
Sebastian Schrof, Corporate Bionic Projects
Broschüre zum Download
Organ-on-a-Chip für die Arzneimittelentwicklung (PDF)