Medizin Der Mensch auf dem Chip

Ein Querschnitt durch ein Hirn-Organoid. Wissenschaftler wollen solche Mini-Organe künftig miteinander verbinden.

(Foto: Madeline A. Lancaster/dpa)
  • Forscher erschaffen mittlerweile nicht nur Mini-Organe, sondern setzten sie auch gemeinsam auf Mikrochips.
  • Sie hoffen, bald alle wichtigen Organsysteme zu verknüpfen und den ganzen Menschen auf einem Biochip zu studieren, um Krankheiten besser zu erforschen und Medikamente zu prüfen.
  • Damit können womöglich auch Tierversuche eingespart werden.
Von Astrid Viciano

Als diese Nachricht die Runde machte, weckte sie große Träume. Erstmals war ein menschliches Organ in Miniatur im Labor herangewachsen. Was würde nun alles möglich sein! Mediziner könnten künftig das Zusammenspiel verschiedener Zellen im Labor beobachten und endlich die Entwicklung sowie Funktion von Organen im Detail verstehen. Wissenschaftler züchteten nun Mini-Lebern und -Bauchspeicheldrüsen, winzige Harnblasen und Plazentas. Kürzlich gelang es erstmals, menschliche Blutgefäße als Mini-Organe im Labor zu gewinnen.

Inzwischen kombinieren Mediziner und Biologen verschiedene Minigebilde im Labor miteinander, um deren Interaktion zu verstehen. Gemeinsam mit Ingenieuren setzen sie ihre Züchtungen sogar auf Mikrochips. So wollen sie auch die natürliche Umgebung der Organe im Körper simulieren. Wenn es nach manchen Wissenschaftlern geht, können sie bald alle wichtigen Organsysteme verknüpfen und den ganzen Menschen auf einem Biochip studieren, um Krankheiten besser zu erforschen und Medikamente zu prüfen.

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Seit gut hundert Jahren gelten Tierversuche in weiten Teilen der Forschung als unumgänglich. Doch die Erfolgsquoten sind kläglich. Jetzt kämpfen nicht nur Tierschützer, sondern auch Wissenschaftler und Pharmakon­zerne dafür, Tierversuche zu ersetzen.

"Diese neuen Technologien haben das Potenzial, die Arzneimittelentwicklung zu revolutionieren", sagt Peter Loskill, Bioingenieur am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart und der Universität Tübingen.

Bislang liegen die Entwicklungskosten für ein zugelassenes, neuartiges Medikament bei bis zu 2,8 Milliarden Euro. "Diese immensen Kosten möchte die Industrie natürlich reduzieren", sagt Marlon Schneider vom Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) in Berlin. Noch sind Forscher auf Tierversuche angewiesen, um die Wirkungen neuer Substanzen zu prüfen. Erst wenn sie sich in den Tierexperimenten als sicher erweisen, dürfen sie am Menschen getestet werden. Doch die Testreihen im Tier sagen oft wenig über die Prozesse im menschlichen Körper aus. Von zehn Stoffen, die in Tieren wirken, fallen neun in Tests am Menschen durch. Manchmal mit schrecklichen Folgen für die Probanden.

Nach den gesetzlich vorgeschriebenen Tierversuchen gelangen die Wirkstoffe in die Phase 1 der klinischen Medikamentenprüfung, den ersten Tests am Menschen. An gesunden Probanden müssen Mediziner dann prüfen, was der Wirkstoff im Körper bewirkt und, vor allem, wie gut ihn die Menschen vertragen. Hier kommt es manchmal zu unvorhergesehenen Nebenwirkungen, zum Beispiel vor mehr als zehn Jahren mit dem Antikörper TGN1412.

Ihre Köpfe und Nacken schwollen gespenstisch an, einige erlitten ein Multiorganversagen

In Ratten und Mäusen hatte die neue Substanz Autoimmunerkrankungen wie rheumatoide Arthritis und Multiple Sklerose bekämpfen können. Nebenwirkungen waren nicht aufgetreten. Selbst in Tests an Affen mit dem 500-fachen der geplanten Dosis waren keine ungewöhnlichen Reaktionen aufgefallen. In den ersten klinischen Tests an Menschen in einem britischen Krankenhaus wanden sich jedoch die Probanden schon nach wenigen Minuten vor Schmerzen, kurz nach der Injektion des Antikörpers. Ihre Köpfe und Nacken schwollen gespenstisch an, einige erlitten ein Multiorganversagen. "Die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Studien im Tierversuch auf den Menschen zu steigern, ist enorm wichtig", sagt Schneider.

Daher möchten Forscher neue Substanzen künftig an Mini-Organen testen. Dafür betten sie zunächst humane Stammzellen im Labor in ein Gel ein. Darin wachsen die Organoide heran, so klein, dass sie mit bloßem Auge nur als schwarze Punkte zu erkennen sind.

Unter dem Mikroskop zeigt sich, dass die Mini-Organe die wesentlichen Strukturen des echten Organs enthalten. Daher sollten die Organoide im Labor auf Medikamente genauso reagieren wie das echte Organ im Körper. Für Menschen mit Mukoviszidose, einer seltenen Erbkrankheit, konnte der niederländische Mediziner Hans Clevers das bereits zeigen.

Gemeinsam mit seinen Kollegen am Hubrecht Institut in Utrecht züchtete er Stammzellen aus dem Enddarm der Patienten und prüfte an den daraus entstandenen Mini-Organen neue Wirkstoffe. "Was im Organoid Wirkung zeigte, half tatsächlich auch den Patienten", sagt Clevers. In einer europaweiten Studie wollen sie das an den Minidärmen von 500 Mukoviszidose-Patienten untersuchen und damit eine der dringendsten Fragen endgültig beantworten: Ob die Mini-Organe tatsächlich das Innenleben der echten Organe abbilden.