Dresden: Ein Multiorgan-Chip sorgt für weniger Tierversuche

Fraunhofer-Forscher aus Dresden haben einen Multiorgan-Chip entwickelt, der das Leben vieler Tiere retten und ihnen Leid ersparen soll. Durch diese winzigen Geräte, die menschliche Organe simulieren können, fallen bereits jetzt viele Tierversuche bei Pharma- und Kosmetikkonzernen weg. Künftig dürfte diese Innovation noch mehr Mäuse und Affen schonen. Vision: Komplette Lebern und Nieren für Kranke züchten: Perspektivisch wollen die Entwickler damit sogar eine kleine medizinische Revolution für den Menschen auslösen: „Wenn man einmal verstanden hat, wie sich komplexe Organstrukturen aufbauen lassen, ist der nächste logische Schritt, komplette Nieren, Lebern und andere Ersatzorgane für kranke Menschen im Labor zu züchten“, erklärt Biotechnologie-Ingenieur Florian Schmieder vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden. Bis dahin werde allerdings noch einige Zeit vergehen – zehn bis 20 Jahre bestimmt, schätzt der Mitentwickler des Multiorgan-Chips. Chips vermeiden Tierversuche: So funktioniert es: Die Dresdner Forscher haben über zehn Jahre Erfahrung mit dem Entwurf von Chips, die Tierversuche vermeiden. 2009 hatten IWS-Ingenieure begonnen, erste Mikrolabore zu entwerfen, die den Stoffwechsel und die Blutflüsse in menschlichen Organen nachbilden. Seitdem haben sie die winzigen Geräte verfeinert und immer komplexer konstruiert. Mittlerweile können sie verschiedene Blutflüsse und Zellstrukturen parallel zueinander steuern und ausmessen, wie die im Chip eingebetteten Organzellen beispielsweise auf ein Diabetes-Medikament oder eine neue Hautcreme reagieren. Damit kommt der Multiorgan-Chip der Arbeitsweise einer richtigen Niere oder Leber immer näher. Fraunhofer-Institut: Wie entsteht ein Multiorgan-Chip? Um solche anspruchsvollen Simulatoren zu erzeugen, stapeln die Fraunhofer-Experten mehrere Ebenen übereinander. Mit einem Laser schneiden sie in Kunststoff-Folien die späteren Blutbahnen, die Kammern für Organzellen und andere Funktionselemente hinein. Diese Folien stapeln sie dann übereinander, verbinden sie und ergänzen sie um Sensoren, Ventile, Pumpen, Anschlüsse, Stoffaustauscher und Steuerelektronik. Der so zusammengefügte Multiorgan-Chip misst etwa drei mal zehn Zentimeter, ist also etwa so groß wie eine Tablettenschachtel. Inzwischen pflanzen die Ingenieure ihrem Chip immer mehr Künstliche Intelligenz und Analyse-Sensoren ein. „Früher musste man die Organzellen irgendwann aus dem Chip herausnehmen und sie im Labor mit Mikroskopen untersuchen“, nennt Florian Schmieder ein Beispiel für solche Weiterentwicklungen. „Derzeit arbeiten wir an einer Echtzeit-Bildauswertung, so dass man die Zellen gar nicht mehr aus dem Chip herausnehmen muss.“ „Beitrag zur Energiewende“: Wie Dresdens Rolle als Lieferant von Leistungselektronik wächst TU Dresden will Roboter-Libellen zur Ernte schicken TU Dresden arbeitet an weltweit schnellsten Funk-Chips Dresdner Regenerationsforscher reparieren Gedächtnisprobleme bei Mäusen „Eine Maus ist kein 15-Gramm-Mensch“: Der Chip aus Sachsen erfreut sich in der Industrie und an Universitäten bereits einiger Beliebtheit. Allerdings setzen nicht die Branchenriesen selbst, sondern meist hoch spezialisierte Auftrags-Forschungsfirmen die Multiorganchips ein. Sie testen damit für die Konzerne neue Kosmetika und Arzneien, beispielsweise Gliflozine, die bei Diabeteskranken den Zuckerhaushalt stabilisieren. „Unsere Multiorganchips einzusetzen, hat für die Auftraggeber mehrere Vorteile“, erklärt Florian Schmieder. Einerseits möchten viele Pharma- und Kosmetikkonzerne ihren Ruf verbessern, indem sie Maus und Co. nicht mehr leiden lassen. Auch werden Tierversuche durch EU-Auflagen und nationale Gesetze ohnehin immer teurer. Generelle Verbote sind in naher Zukunft absehbar. Und oft genug seien die Chiplösungen wissenschaftlich sinnvoller als Tierversuche, schätzt der Biotechnologe ein. „Eine Maus ist nun mal kein 15-Gramm-Mensch. Tierische Organe sind teilweise anders aufgebaut als menschliche Organe, der Stoffwechsel unterscheidet sich teils deutlich. Mit unseren Chips bekommen die Entwickler in vielen Fällen aussagekräftigere Ergebnisse als bei Tierversuchen.“ Tierversuche in Deutschland: Die aktuelle Lage: Im Jahr 2018 setzten laut Bundeslandwirtschaftsministerium (BMEL) die Forscher und Entwickler in Deutschland über zwei Millionen Tiere für Versuche ein. Davon waren 83 Prozent Nagetiere wie Mäuse und Ratten. Neun Prozent der Tiere waren Fische, rund vier Prozent Kaninchen und etwa zwei Prozent Vögel. Neuere Statistiken legte das Ministerium noch nicht vor. Von Heiko Weckbrodt

Fraunhofer-Innovation - Dresden: Ein Multiorgan-Chip sorgt für weniger Tierversuche