Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben sich ein besonderes Verfahren ausgedacht, um auch komplexe Gewebe oder Organe wie Leber oder Niere im Labor herzustellen. Sie nutzen als Ausgangsbasis ein Stück Schweinedarm, das über eine Arterie für die Blutzufuhr und über eine Vene für die Blutableitung verfügt. Dann entfernen sie die tierischen Zellen, so dass neben den Proteinen der Bindegewebsschicht nur die Röhren des Gefäßsystems bleiben. Diese zellfreie Trägerstruktur ähnelt in ihrer Zusammensetzung dem menschlichen Gewebe.
Das Geflecht kleiden die Wissenschaftler von innen mit menschlichen Endothelzellen aus. Sobald im Gefäßsystem künstliches Blut zirkuliert, können auf der Matrix Zellen der unterschiedlichsten Organe heranwachsen. Da das Gewebe über ein eigenes Blutkreislaufsystem verfügt, lässt es sich im Bioreaktor wochenlang am Leben erhalten. Ein Computer steuert den arteriellen Druck, die Temperatur und die Fließgeschwindigkeit.
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Luftröhre aus menschlichem Gewebe
Das neue Verfahren lässt sich vielfältig nutzen. Ein Beispiel ist die Züchtung einer neuen Luftröhre aus menschlichem Gewebe. Größere Verletzungen der Luft- und Speiseröhre, etwa nach Unfällen oder Tumorerkrankungen, lassen sich bislang nicht behandeln. Patienten können nur mit dauerhafter intensiver Krankenhausbehandlung überleben.
IGB-Forscher arbeiten gemeinsam mit einem Ärzteteam um Dr. Thorsten Walles, Oberarzt an der zum Robert-Bosch-Krankenhaus gehörenden Klinik Schillerhöhe, daran, Patienten mit künstlich hergestelltem körpereigenem Gewebe zu behandeln. Dazu nutzen die Wissenschaftler den präparierten Schweinedarm als Träger. „Auf dieser Trägerstruktur siedeln wir Zellen des Patienten an und kultivieren diese in speziellen Bioreaktoren unter physiologischen Bedingungen“, erklärt Heike Walles vom IGB.
Experimentelles Verfahren
Innerhalb von vier bis fünf Wochen entsteht körpereigenes Gewebe mit einem eigenen Blutgefäßsystem. „Wir haben bisher für drei Patienten mit größeren Organdefekten an Luft- und Speiseröhre mit diesem derzeit noch experimentellen Verfahren Ersatzgewebe aus körpereigenen Zellen nachgezüchtet. In einer Operation haben wir damit die Verletzungen verschlossen“, sagt Thorsten Walles. Sollte sich das Therapieverfahren im klinischen Einsatz bewähren, ist es auf andere Anwendungsgebiete in der Chirurgie übertragbar.
Ein Lebermodell für Medikamententests
Wissenschaftler des IGB nutzen das ausgeklügelte Verfahren auch, um ein Lebermodell für Medikamententests aufzubauen. Wie Medikamente wirken und ob sie Nebenwirkungen haben, wird bislang in der frühen Entwicklungsphase anhand von Tierversuchen getestet. Das neue Testmodell ermöglicht erstmals aussagekräftige Untersuchungen neuer Wirkstoffe an menschlichem Lebergewebe. Das künstliche Organsystem kann so helfen, Tierversuche zu vermeiden.
Nun wollen die IGB-Forscher auch ein 3D-Darmtestsystem aufbauen. Im Dünndarm findet ein Großteil der Verdauung statt, Medikamente und Nahrung werden über die Darmzotten resorbiert. Wie neue Arzneien wirken, soll sich künftig mit dem Modell im Labor untersuchen lassen.
Birgit Niesing / Fraunhofer-Magazin weiter.vorn
Stand: 27.01.2011
