„Organ-on-Chip“-Plattform statt Tierversuch Drei-Organ-System testet Wirkstoffe für Schwangere

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Eine neue „Organ-on-Chip“-Plattform könnte Tierversuche in der Medikamentenforschung deutlich reduzieren. Sie untersucht den Arzneimitteltransfer durch die Blut-Plazenta-Schranke und bietet laut Entwicklerangaben präzisere Vorhersagen zur Arzneimittelsicherheit und -wirkung für schwangere Frauen.

Trotz immer stärkerer Achtung des Tierwohls, kommt besonders die medizinische Forschung noch immer nicht vollständig ohne Tierversuche aus. Doch immer bessere biologische Modelle ebnen nach und nach den Weg zu einer tierversuchsfreien Wissenschaft. So hat ein interdisziplinäres Team eine neue Plattform entwickelt, um Tierversuche durch „Organ-on-Chip“-Technologie (OoC) und interaktive Berechnungssoftware maßgeblich zu reduzieren.

Ziel des einjährigen Pilotprojekts war es, klinisch relevante Daten zu sammeln, mit denen sich Arzneimittelkandidaten in der präklinischen Forschung evaluieren lassen. Dazu haben der Organ-on-Chip-Spezialist Dynamic 42 sowie ESQ Labs, Experte für digitale Life-Sciences-Lösungen, mit Fachleuten der Bayer-Division Consumer Health und des Plazenta-Labors des Universitätsklinikums Jena zusammengearbeitet.

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Wirkstoffe an der Schranke

In dem Projekt haben die Forscher untersucht, ob bestimmte Wirkstoffe die Blut-Plazenta-Schranke bei schwangeren Frauen durchdringen können. Der Fokus lag damit auf einer Personengruppe, die aufgrund ethischer und praktischer Einschränkungen selten in klinischen Studien berücksichtigt wird.

Das Team untersuchte die Effekte von Arzneimitteln während der Schwangerschaft, insbesondere Kortikosteroiden wie Prednison, da es in diesem Bereich bislang nur begrenzte Daten zur Pharmakokinetik und Sicherheit gibt. Herkömmliche präklinische Modelle, einschließlich Tierversuche, liefern keine ausreichenden Erkenntnisse zur Medikamentenbelastung der Mutter und des ungeborenen Kindes.

Medikamentenwirkung besser vorhersagen

Um die bestehende Lücke in der präklinischen Medikamentenforschung zu schließen, hat Dynamic 42 seine bestehende Plattform weiterentwickelt, die auf der so genannten „Organ-on-Chip“-Technologie basiert. Diese Plattform repräsentiert die drei wesentlichen menschlichen Gewebe, die an der Arzneimittelverwertung beteiligt sind – Leber, Darm und Plazenta.

Ein integriertes Pumpensystem sorgt dafür, dass die Zellkulturmedien zwischen den Geweben zirkulieren und so eine realistische Simulation der Stoffverteilung ermöglicht wird. Die angekoppelte digitale Analyse der in der Plattform generierten Daten ermöglicht es, die Ergebnisse auf menschliche Gegebenheiten zu übertragen. Mithilfe des Medikaments Prednison als Modellsubstanz simuliert das System die Aufnahme, Verstoffwechselung sowie den Transfer des Medikaments über die Plazenta.

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Simulation mit digitaler Zwillingstechnologie

Ein vielversprechender Ansatz, um die Sicherheit und Wirksamkeit von Arzneimitteln zu verbessern, ist die digitale Zwillingstechnologie: Computermodellen, die biologische Prozesse realitätsnah abbilden, können sowohl akute als auch langfristige Arzneimittelwirkungen simulieren. ESQ Labs integriert experimentelle Daten aus der Multi-Organ-Plattform in mathematische Modelle, um die Verteilung und den Stoffwechsel von Medikamenten bei schwangeren Frauen präzise vorherzusagen. Dies trägt dazu bei, Dosis-Wirkungs-Beziehungen besser zu bewerten sowie Risiken der Wirkstoffe besser einzuschätzen.

Tierversuchsfreie Alternative für die Pharmakokinetik-Forschung

Auch wenn Tierversuche in der präklinischen Phase der Entwicklung neuer Medikamente oft vorgeschrieben sind, kann es in manchen Fällen schwierig sein, die Ergebnisse von Tieren auf Menschen zu übertragen. Die neue Testplattform stellt laut den Entwicklern eine vielversprechende Alternative zu Tierversuchen dar und leistet einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Arzneimittelverhaltens während der Schwangerschaft. Zudem kann sie die frühzeitige Bewertung der Arzneimittelsicherheit bei besonders gefährdeten Bevölkerungsgruppen unterstützen. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial des Systems, komplexe pharmakologische Prozesse in vitro zu simulieren und damit genauere Vorhersagen zur Arzneimittelsicherheit und -wirksamkeit zu ermöglichen, wie es in einer Pressemeldung der beteiligten Partner heißt.

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