Wie finden innovative Organ-on-a-Chip-Systeme und Organoide den Weg aus dem Forschungslabor in die klinische Anwendung? Bei der 11. Ausgabe der „Insights aus dem Labor“ stand diese Frage im Mittelpunkt. Die digitale Veranstaltung spannte den Bogen von technologischen Visionen über operative Fragen bis hin zu konkreten industriellen Anwendungen.
Organ-on-a-Chip-Systeme und Organoide gelten als Schlüsselinnovationen für eine moderne, patientennahe und zugleich tierversuchsärmere biomedizinische Forschung. Mehr als 600 Teilnehmende folgten der elften Veranstaltung der Insights-Reihe des Bundesnetzwerks 3R und diskutierten mit führenden Expertinnen und Experten, wie diese Systeme Organfunktionen realitätsnah im Labor abbilden, welche Hürden bei Standardisierung, Validierung und regulatorischer Anerkennung noch bestehen und welche Durchbrüche den Transfer in klinische und pharmazeutische Anwendungen bereits heute greifbar machen. In ihrem Grußwort hob Dr. Maria Schneider, Referentin beim Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), die Bedeutung des interdisziplinären Dialogs zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Regulatorik hervor.
Mit seiner Keynote gab Dr. Uwe Marx, Gründer und CSO der TissUse GmbH, zu Beginn Einblicke in aktuelle Entwicklungen der Organ-on-a-Chip-Technologie und deren Potenzial für die biomedizinische Forschung. Ausgangspunkt seiner Ausführungen waren langjährige Forschungsarbeiten auch im Rahmen der BMFTR-Förderinitiativen „GO-Bio“ sowie „Alternativmethoden zum Tierversuch“. Marx erläuterte, wie mikrophysiologische Systeme zunehmend komplexe menschliche Organfunktionen im Labor nachbilden können. Durch die Kombination mehrerer Organchips in sogenannten Multi-Organ-Systemen lassen sich inzwischen auch Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Geweben simulieren. Marx betonte, dass neben technologischen Fortschritten vor allem die regulatorische und pharmazeutische Akzeptanz entscheidend sei, damit solche Systeme künftig Tierversuche in der Wirkstoffprüfung ersetzen können. Dafür sind standardisierte Testverfahren und belastbare Vergleichsdaten eine zentrale Voraussetzung für eine spätere regulatorische Anerkennung.
Im anschließenden Vortrag präsentierte Dr. Christian Maass das Konzept des „Virtual Testing Centers“ der Plattform MPSlabs. Im Fokus stand die Nutzung digitaler Zwillinge, die die Interpretation von Ergebnissen aus mikrophysiologischen Systemen und Organ-on-Chip-Modellen verbessern und deren Übertragbarkeit auf den Menschen präzisieren können. Durch die Kombination von mechanistischen Modellen der Pharmakokinetik mit computergestützten Analysen ermöglicht dieser Ansatz eine genauere Vorhersage darüber, wie Wirkstoffe im menschlichen Körper verteilt und abgebaut werden. Anhand von Praxisbeispielen, wie der Vorhersage der Konzentration von Arzneimitteln oder der Optimierung personalisierter Dosierungen, verdeutlichte Maass, wie diese digitalen Methoden die Lücke zwischen Laborversuchen und der klinischen Anwendung schließen..
In ihrem Vortrag „Lungen-Organoide als alternatives, patientennahes 3D-Modell“ stellte Prof. Dr. Diana Klein vom Universitätsklinikum Essen innovative Ansätze zur Untersuchung von Strahlenschäden in der Lunge vor. Im Zentrum ihrer Forschung stehen Lungen-Organoide – mikroskopisch kleine, dreidimensionale Gewebestrukturen, die aus iPS, induzierten pluripotenten menschlichen Stammzellen, gezüchtet werden und die komplexe Architektur der Lunge im Labor nachbilden. Diese Modelle dienen dazu, das „therapeutische Fenster“ in der Krebstherapie besser zu verstehen, um Tumore effektiver zu bestrahlen und gleichzeitig das empfindliche gesunde Lungengewebe zu schonen. Durch den Einsatz dieser patientennahen Systeme können die biologischen Reaktionen auf Strahlung präzise untersucht und neue Schutzmedikamente getestet werden. Damit bieten die Organoide eine leistungsstarke Alternative zu klassischen Tierversuchen.
In seinem Vortrag gab Prof. Dr. Philipp Koch vom Zentralinstitut für Seelische Gesundheit in Mannheim einen spannenden Einblick in das BMFTR-geförderte Projekt „GBM3DTest“. Die Forschenden entwickeln Gehirn-Organoide und nutzen sie, um wichtige Komponenten als „kleine Gehirne“ im Miniaturformat nachzubilden. Diese werden mit echten Tumorzellen verschmolzen, um deren Ausbreitung in einer realistischen Umgebung zu untersuchen. Durch automatisierte Verfahren können so hunderte Substanzen gleichzeitig auf ihre mögliche Wirksamkeit gegen die Tumore getestet werden. Da sich die komplexen Eigenschaften dieser Tumore im Organoidmodell deutlich besser abbilden lassen als in herkömmlichen Laborschalen, ist die Forschung hier vielleicht bald auf deutlich weniger Tierversuche angewiesen.
Im Anschluss stellte Knut Rennert von der Dynamic42 GmbH das so genannte Vasculature-on-Chip-Modell vor. Es handelt sich um ein dynamisches in-vitro-System, das die menschliche Gefäßumgebung, also die Vaskulatur, im Labor nachbildet. Ziel ist es, Prozesse wie Wirkstoffaufnahme, Transport im Blutgefäßsystem und Interaktionen mit Immunzellen unter möglichst realistischen Bedingungen zu untersuchen. Das Modell basiert auf einem mikrofluidischen Biochip, in dem Endothelzellen eine künstliche Gefäßwand bilden und physiologische Bedingungen des Blutflusses simuliert werden. Dadurch kann das Verhalten von Zellen und Medikamenten unter realitätsnahen mechanischen Belastungen untersucht werden.
Spannend ging es auch weiter in der anschließenden Paneldiskussion, in der sich alle Vortragenden den Fragen der Teilnehmenden stellten. Hier diskutierten die Beteiligten über die Hürden, die Organ-on-Chip-Modelle noch überwinden müssen, um sich wirklich als Ersatzmöglichkeit für Tierversuche durchzusetzen. Neben Aspekten wie Kosten und Expertise diskutierten die Expertinnen und Experten darüber, ob die Komplexität des menschlichen Organismus etwa hinsichtlich seiner Genetik oder seines Bewusstseins Beachtung findet, oder ob jemals große Strukturen wie ein Herz oder Knochen in dem System abbildbar sein werden. Einig war sich die Runde jedoch in einem Punkt: In vielen Anwendungen haben Organoide und interagierende Organchip-Systeme bereits heute klare Stärken und reduzieren den Einsatz lebender Tiere für Wissenschaft und Therapieentwicklung bereits spürbar.
