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Verbesserte Medikamenten-Tests dank 3D-Technologie

Silikongitter gegen Tierversuche

| Redakteur: Christian Lüttmann

Neue Medikamente auf Wirkungen und Nebenwirkungen zu prüfen ist essenziell, bevor sie für den Menschen zugelassen werden. Manchmal sind hierfür noch Tierversuche nötig. Doch neue Technologien erlauben immer öfter den Einsatz von Modellgewebe – gezüchtet aus Stammzellen im Labor. Ein neuer Ansatz von Forschern der Universität Leipzig setzt dabei auf dreidimensionale Silikongitter und zeigt mit ersten Tests: Tierversuche könnten bald noch seltener gebraucht werden.

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Dr. Peggy Stock bei ihrer Arbeit im Labor
Dr. Peggy Stock bei ihrer Arbeit im Labor
(Bild: Universität Leipzig)

Leipzig – Ob Medikamente, Chemikalien oder Kosmetik – viele Wirkstoffe müssen in Tierversuchen auf ihre Verträglichkeit geprüft werden, bevor sie auf den Markt kommen. Alternativ können für einen Teil der Tests aber auch außerhalb des Organismus herangezüchtete Zellkulturen in Frage kommen. Je besser diese Zellkulturen die realen Gewebe nachbilden, desto weniger Tierversuche werden nötig.

Bislang konnten die extrahierten Zellen jedoch nur in zweidimensionalen Modellen, etwa auf den Böden von Petrischalen, geprüft werden. Das ist nicht immer ausreichend für einen verlässlichen Anwendungstest, wachsen menschliche Zellen im Körper schließlich in Verbänden und Organen heran, und die sind eben dreidimensional und nicht flach. „Studien haben gezeigt, dass Ergebnisse von 3D-Zellkultursystemen viel besser auf den menschlichen Organismus übertragbar sind“, sagt Dr. Peggy Stock, Leiterin des Verbundforschungsprojektes der Universitätsmedizin Leipzig. Ein Dilemma, das die Forscherin lösen wollte.

Elastisches Silikon aus dem 3D-Drucker

Nach zweijähriger Laufzeit ist Stock mit anderen Forschern im Projekt „Konzeption einer 3D-Silikonstruktur für die Kultur von Säugetierzellen“ einen großen Schritt weiter. Zusammen mit dem Industriepartner KET haben die Wissenschaftler die 3D-Silikon-Plott-Technologie neu entwickelt. Dabei werden die Stränge für das Gitter in organischer Struktur übereinander aufgetragen.

Zuvor testeten die Forscher verschiedene Silikonarten, bis sie die beste fanden: „Wir arbeiten mit einem Silikon, das sehr elastisch ist und ungefähr dem entspricht, wie wir es bei Organen im menschlichen Organismus vorfinden. Das Silikon muss gut für die Zellen, aber natürlich auch für den 3D-Druck funktionieren“, sagt Stock.

Laborzellen sogar besser als natürlich gewachsene?

Um zu testen, welche Vorzüge das 3D-System im Vergleich zu 2D-Zellkulturen bietet, hat das Forscherteam menschliche Stammzellen aus dem Fettgewebe isoliert. Diese wurden dann auf das Silikongitter ausgesät und in einem Brutschrank kultiviert. Die Wissenschaftler differenzierten die menschlichen Stammzellen auf den 3D-Gittern so, dass sie wie organische Zellen im Körper agieren. Dort überlebten sie bis zu sechs Wochen.

„Wir konnten zeigen, dass die Zellen das 3D-Gitter besiedeln und dabei selbst dreidimensionale Zellstrukturen bilden. Somit bleiben ihre natürlichen Eigenschaften erhalten, etwa die Kommunikation der Zellen untereinander“, erklärt Stock. Zudem haben sich die aus Stammzellen differenzierten Leberzellen signifikant in ihrer Funktion verbessert – verglichen mit den Zellen, die in einer 2D-Kultur differenziert wurden. Das bedeutet: Die leberähnlichen Zellen konnten besser die Proteine synthetisieren, die normalerweise in Leber synthetisiert werden.

Die neue Technik kann Tierversuche vermindern

Auch für Knochenzellen haben die Forscher nachgewiesen, dass die Knochendifferenzierung hier besser gelingt als in einer 2D-Kultur. „Wir werden Tierversuche nicht gänzlich abschaffen, aber wir haben mit dem Silikongitter etwas geschaffen, das die Vorhersagen über die Machbarkeit von Neuentwicklungen im Bereich der Medizin und Arzneimittel erlaubt, in breiter Anwendung einsetzbar ist und so zur Verminderung von Tierversuchen beitragen kann“, fasst Stock zusammen. Der entwickelte Funktionstyp soll voraussichtlich 2025 in Serie gehen.

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