Computergesteuerte Zellkultur

Das Start-up Organovo hat einen dreidimensional arbeitenden Drucker entwickelt, der die Herstellung künstlichen Gewebes vereinfachen soll.

In einem Reinraum im hinteren Teil des Firmensitzes von <a href="http://www.organovo.com">Organovo</a> beginnt eine kleine Revolution: Das Biotechnik-Start-up aus San Diego arbeitet hier an einer Maschine, die dünne Schichten menschlichen Muskelgewebes aufbauen kann. Mitarbeiter Chirag Khatiwala setzt dazu eine Kartusche mit speziell präparierten Zellen in einen computergesteuerten 3D-Drucker, der diese in einheitlichen, eng beieinander liegenden Linien in eine Petrischale ausgibt. Nach einiger Zeit wächst hier zusammen, was zusammen gehört: Das spezielle Arrangement erlaubt es den Zellen, größer zu werden und zu interagieren, bis sie sich zu funktionierendem Muskelgewebe entwickelt haben. Würde man es untersuchen und mit Muskelzellen vergleichen, die vom Menschen direkt stammen, es gäbe nur sehr geringe Unterschiede, sagt Organovo.

Die Technologie soll ein kritisches Problem lösen: Viele Medikamentenkandidaten, die in Zellkulturen oder Tierversuchen vielversprechend wirken, fallen in klinischen Vorstudien am Menschen durch. Der Grund: Die Unterschiede zwischen den Untersuchungsgegenständen und echtem Gewebe sind einfach zu groß. So kann schnell die Arbeit vieler Monate zerstört sein. Organovo will deshalb nun ein Produkt erzeugen, das derart nah an menschlichem Gewebe ist, dass Wirkstofftests deutlich genauer durchführbar sind. Das Verfahren könnte den Pharmafirmen potenziell Milliarden von Euro einsparen helfen, weil zahlreiche Medikamentenkandidaten ausgesiebt werden könnten, bevor es zu aufwändigeren Untersuchungen kommt. Neben den künstlichen Muskeln hat Organovo bereits Lungen- und Herzgewebe sowie Blutgefäße hergestellt – alles Bereiche, die die Pharmabranche interessieren.

Im Gegensatz zu anderen experimentellen Ansätzen, bei denen modifizierte Tintenstrahldrucker verwendet werden, um Zellen aufzubringen, erlaubt das Organovo-Verfahren die Interaktion der Zellen, wie sie auch im Körper erfolgen würde - und zwar vor und nach dem Druckprozess. Die Zellen liegen eng beieinander, wenn sie im Inkubator sind, und tauschen chemische Signale aus. Der Aufbereitungsprozess dauert mehrere Tage: Dabei werden Zellen zunächst isoliert und dürfen in Kultur heranwachsen, bevor sie dann durch mehrere Zentrifugendurchgänge müssen. Beim Druckprozess mit eine Kapillardüse bleiben sie weiterhin beisammen: Es entsteht eine Art Paste, die den Zellen ein Weiterwachsen, Wandern und vor allem eine Ausrichtung erlaubt, die sie schließlich funktionsfähig macht. Muskelzellen orientieren sich beispielsweise in die gleiche Richtung, um Gewebe zu schaffen, dass Kontraktionen beherrscht.

Bislang hat Organovo nur recht kleine Gewebeproben hergestellt, die sich allein für Labortests eignen. Das Verfahren könnte aber in Zukunft ausgebaut werden, um mit einem 3D-Drucker schließlich auch komplette Organe für Transplantate herzustellen – ein Traum der Medizin seit vielen Jahren. Weil diese speziell hergestellten Organe aus den Zellen des Patienten selbst bestehen würden, gäbe es auch eine deutlich geringere Gefahr einer Abstoßung durch den Körper. Der Mensch würde also zu seiner eigenen Ersatzteilwerkstatt.

Bis es soweit ist, werden aber noch Jahre vergehen - viel Grundlagenwissenschaft ist notwendig, zumal für komplexe Organe womöglich verschiedene Gewebearten kombiniert werden müssten. Das dabei verwendete Forschungsfinanzierungsmodell ist interessant: Organovo will die Arbeit an seinem neuartigen Organ-3D-Druck vor allem mit Einnahmen aus der Herstellung künstlichen Gewebes für die Pharmabranche bezahlen. Dazu werden momentan Experimente durchgeführt, die nachweisen sollen, dass sich mit dem Verfahren beispielsweise die Toxizität eines Medikamentenkandidaten schneller und vor allem früher nachweisen lässt als mit Standardtests. Das Interesse in der Branche ist bereits vorhanden: Organovo plant Partnerschaften mit großen Konzernen. Der erste soll der Medikamentenriese Pfizer sein. (bsc)