Es ist allgemein anerkannt, dass Tiermodelle zur Prüfung von Medikamenten und anderen medizinischen Behandlungen mehrere schwerwiegende Mängel aufweisen. In einigen Fällen sind diese Methoden unethisch und grausam. Darüber hinaus sind diese Studien nicht immer in der Lage, die menschliche Physiologie genau vorherzusagen. Viele dieser Studien sind mit hohen Kosten verbunden, was bedeutet, dass einige Medikamente möglicherweise nie in die Testphase kommen.
Forscher auf der ganzen Welt arbeiten an der Entwicklung von menschlichen Miniaturorganen, die möglicherweise Tierversuche ersetzen und Arzneimittelstudien beschleunigen könnten. Ihre Experimente zeigen, dass diese neu entstehende Technologie oft die Reaktion des Körpers auf Drogen und Krankheiten vorhersagen kann, ohne lebende Subjekte zu verwenden. Die Pharmaindustrie drückt ihr Interesse an dieser aufkommenden Gesundheitstechnologie aus, die ihre Innovation vorantreibt.
Organ-On-A-Chip für die Arzneimittelprüfung
Ein Organ-on-a-Chip ist ein Gerät, das mithilfe von Mikrochip-Herstellungsverfahren hergestellt wird. Es enthält kontinuierlich perfundierte Kammern, die von lebenden menschlichen Zellen ausgekleidet sind. Die Größe eines kleinen Computer-Speichersticks imitiert die Biologie und Funktionen von echten Organen und ist ein Upgrade der bestehenden Systeme, die heute verwendet werden (z. B. lebende Zellen in einer Petrischale).
Wissenschaftler haben bereits verschiedene Organ-on-Chips entwickelt: Lunge, Herz, Darm und Leber.
Lunge auf dem Chip zum Beispiel enthält sowohl Lungen- als auch Kapillarzellen, wobei die eine Seite einem blutähnlichen Medium und die andere der Luft ausgesetzt ist. Dies gibt Wissenschaftlern Einblick in den Teil der Lunge, in dem der Gasaustausch stattfindet. Dies ist der Bereich, in dem häufig Lungenprobleme wie Infektionen und Krebs auftreten.
Lunge-auf-einem-Chip ist flexibel, dehnt sich aus und zieht sich ähnlich wie eine menschliche Lunge zusammen und reproduziert die Funktion des lebenden Organs.
Die "Organs-on-chips" -Technologie stammt aus den Laboren des Wyss Institute for Biological Inspired Engineering an der Harvard University. Einige kommerzielle Unternehmen stellen jetzt Chips her, die auch ein krankes Organ replizieren. Andere konzentrieren sich auf die Art und Weise, wie sich Medikamente – sowohl bereits zugelassene als auch neu entwickelte – in diesen Geräten im Vergleich zum menschlichen Körper verhalten. Da sich die Pharmafirmen einig sind, dass Investitionen in die Chip-Technologie ein erstrebenswertes Ziel sind, werden weitere Investitionen und spätere Verfeinerungen Organ-on-Chips in Zukunft noch nützlicher machen.
Letztes Jahr kündigte Emulate, Inc. eine Forschungskooperation mit Johnson & Johnson und dem Wyss Institute an, um ihre Thrombose-auf-einem-Chip-Plattform zu evaluieren, die möglicherweise zum Testen von Medikamenten verwendet werden könnte, von denen bekannt ist, dass sie Blutgerinnsel verursachen. Der Chip modelliert verschiedene Faktoren, die zur Entstehung eines Blutgerinnsels beitragen können. Wenn diese Technologie erfolgreich ist, könnte sie in klinischen Arzneimittelstudien verwendet werden, um das Risiko zu minimieren, das durch einige Arzneimittel – wie etwa Immuntherapeutika und Krebsmedikamente – verursacht wird, die für mögliche Nebenwirkungen im Zusammenhang mit der Blutgerinnung bekannt sind.
Jüngste Fortschritte in wachsenden rudimentären Organen aus Stammzellen könnten auch die Organ-on-a-Chip-Technologie unterstützen. Experimente zeigen, dass menschliche Stammzellen programmiert werden können, um verschiedene Arten von Gewebe zu produzieren. Obwohl es noch einige Zeit dauern wird, bis diese Technik für die Transplantation von Organen für Transplantationspatienten verwendet werden kann, kann sie bereits für das Wachstum von menschlichem Gewebe für Organ-on-a-Chip-Modelle verwendet werden.
Wird es bald Mensch-auf-dem-Chip geben?
Wissenschaftler des Wyss-Instituts arbeiten nun an einem ehrgeizigen Projekt: Sie versuchen, verschiedene Organs-on-Chips miteinander zu verbinden, um eine Nachbildung des gesamten menschlichen Körpers zu erstellen.
Dies könnte auf eine beispiellose Art und Weise Drogenversuche unterstützen. Mehrere in vitro "Subjekte" könnten innerhalb kurzer Zeit auf ihre Reaktion auf ein bestimmtes Medikament getestet und analysiert werden.
Homo chippiens, wie das Modell humorvoll heißt, wurde auch von der US Environmental Protection Agency als alternatives Modell zur Untersuchung der Auswirkungen von Umweltgiften untersucht, wie die Auswirkungen von Dioxin und Bisphenol A (BPA) auf den Menschen Leber.
Im Moment muss fast jedes neue Medikament noch eine langwierige klinische Studie durchlaufen und muss zuerst an Menschen getestet werden, bevor es auf den Markt kommt. Die Entwicklung von Miniatur-menschlichen Organen könnte den Entwicklungsprozess verkürzen, indem ein Teil des Versuchsprotokolls eines neuen Medikaments übersprungen wird. Einige Experten warnen jedoch davor, dass Chips nicht die gesamte Komplexität eines menschlichen Organs erfassen können und dass diese Technologie Einschränkungen aufweist, die behoben werden müssen, bevor sie als echte Alternativen zu echten Organen nützlich werden.
