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Gewebeverletzungen verstehen

Heilende Welt auf Bio-Chips

| Autor/ Redakteur: Dr. Florian Aigner* / Christian Lüttmann

Der Schnitt mit dem Küchenmesser oder der Sturz mit dem Fahrrad – Verletzungen sind Teil unseres Alltags. Wie der Körper dann die Regeneration steuert, ist schwer zu untersuchen. Dazu haben Forscher der Technischen Universität Wien nun Bio-Chips entwickelt, auf denen kleine Gewebeverletzungen simuliert werden können.

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Ein Bio-Chip im Labor an der TU Wien
Ein Bio-Chip im Labor an der TU Wien
(Bild: TU Wien)

Wien/Österreich – Eine kleine Verletzung im Gewebe kann große Auswirkungen haben. Viele unserer körperlichen Beschwerden hängen mit biomechanischen Einwirkungen zusammen – von Verletzungen der Haut bis hin zu Gelenks- oder Knorpelentzündungen, die durch übermäßige Beanspruchung entstehen.

Winzige Gewebeschäden waren bisher allerdings schwer zu untersuchen, nicht zuletzt deshalb, weil der Heilungsprozess individuell sehr unterschiedlich sein kann. Forscher an der TU Wien haben nun eine Methode entwickelt, Gewebe in scheckkartengroßen Bio-Chips zu züchten und auf genau definierte Weise mechanischem Stress auszusetzen. Das ermöglicht nicht nur wichtige Grundlagenforschung über Gewebsverletzungen, es öffnet auch die Tür zu besserer individualisierter Medizin: Im Laborversuch kann man etwa ausprobieren, welche Medikamente für eine bestimmte Person am besten sind.

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„Wir haben in unserem Labor mittlerweile viel Erfahrung mit der Herstellung von Geweben – von Knorpeln über Blutgefäße bis hin zu Hautgewebe“, sagt Prof. Peter Ertl, Leiter der Cell-Chip-Forschungsgruppe am Institut für angewandte Synthesechemie der TU Wien. „Wenn man allerdings wissen will, wie diese Gewebe auf mechanischen Stress reagieren, dann muss man einen Weg finden, den Gewebeproben auf sehr kontrollierte und exakt reproduzierbare Weise bestimmte Verletzungen zuzufügen. Genau das macht unser Bio-Chip nun möglich.“

Massieren bis Malträtieren – Reproduzierbare Belastung

Die Bio-Chips in Ertls Labor bestehen aus transparentem Kunststoff. Sie enthalten Kammern im Durchmesser von wenigen Millimetern, in denen die Forscher Gewebe wachsen lassen. Außerdem kann das Gewebe durch feine Leitungen mit Nährstoffen oder auch mit Medikamenten versorgt werden. Um mechanische Verletzungen hervorzurufen, wurde direkt in den Chip eine dünne Membran eingebaut, an der ein fester Mikro-Stempel befestigt ist. Mit Druckluft kann man die Membran von außen ansteuern und damit den Stempel ins Gewebe pressen. „Damit ist nun alles möglich, von einer leichten Gewebemassage bis zum Stanzen von Löchern“, sagt Ertl.

Im LP-exklusiven Interview erklärt Prof. Ertl, worauf es bei „Organs-on-a-Chip“ ankommt.

So lassen sich wichtige Fragen beantworten, die man mit anderen Methoden, beispielsweise in Tierversuchen, gar nicht untersuchen könnte. Man kann im Bio-Chip etwa genau dieselbe Stelle mehrfach verwunden und dadurch herausfinden, wie das Gewebe auf wiederholte schwere Belastung reagiert.

Schritt zur maßgeschneiderten Medizin

Ganz besonders interessant ist die Bio-Chip-Methode unter dem Gesichtspunkt der individualisierten Medizin: „Wenn man heute Verletzungen behandelt, dann kann man sich nur nach Durchschnittswerten richten, die bei statistischen Auswertungen ermittelt wurden. Manchmal ist das aber nicht gut genug. Eine Medikamentendosis, die bei einer Person noch gar keine Auswirkungen hat, ist für jemand anderen vielleicht schon zu viel“, erklärt Ertl.

Gerade für schwierige, chronische Fälle bietet die Bio-Chip-Technologie die Möglichkeit, individuell die beste Lösung herauszufinden. Man kann Zellen entnehmen, sie in Bio-Chips zu mehreren kleinen Gewebestücken heranwachsen lassen und dann testen, welche Behandlung in diesem konkreten Fall die beste ist.

Mehr zur Forschung am Lab-on-a-Chip erfahren Sie in diesem Video der TU-Wien:

Diese Bio-Chip-Technologie zur Untersuchung mechanischer Gewebsverletzungen wurde bereits patentiert. „Wir wollen nun mit Firmen aus dem Biotechnologie-Bereich zusammenarbeiten, um die Technologie auf leicht anwendbare Weise auch anderen Forschungslabors zur Verfügung stellen zu können“, sagt Ertl. „Der Bedarf dafür ist jedenfalls da – wir wollen mit unserer Technologie nun einen wichtigen Schritt in Richtung der individualisierten Medizin möglich machen.“

* Dr. F. Aigner, Technische Universität Wien, 1040 Wien/Österreich

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