Weniger Tierversuche durch neue 3-D-Druck-Technologie

Ob Medikamente oder zahnärztliche Werkstoffe – viele Produkte müssen in Tierversuchen auf ihre Verträglichkeit geprüft werden, bevor sie auf den Markt kommen. Alternativ können für einen Teil der Tests außerhalb des Organismus herangezüchtete Zellkulturen infrage kommen.

Diese extrahierten Zellen konnten für Versuche jedoch bislang nur in zweidimensionalen Modellen, etwa auf den Böden von Petrischalen, geprüft werden. Doch menschliche Zellen wachsen im Körper in Verbänden und Organen heran - dreidimensional und nicht flach. "Studien haben gezeigt, dass Ergebnisse von 3-D-Zellkultursystemen viel besser auf den menschlichen Organismus übertragbar sind", erklärt Dr. Peggy Stock, Leiterin des Verbundforschungsprojekts der Universitätsmedizin Leipzig.

Nach zweijähriger Projektlaufzeit haben die Forscher ein Silikongitter entwickelt, bei dem die Stränge für das Gitter in organischer Struktur übereinander aufgetragen werden. Zuvor testeten sie 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 3-D-Druck funktionieren“, erläutert Stock.

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

"Wir konnten zeigen, dass die Zellen das 3-D-Gitter besiedeln und dabei selbst dreidimensionale Zellstrukturen bilden. Somit bleiben ihre natürlichen Eigenschaften erhalten, etwa die Kommunikation der Zellen untereinander", berichtet Stock.

Zudem haben sich die aus Stammzellen differenzierten Leberzellen signifikant in ihrer Funktion verbessert verglichen zu den Zellen, die in einer 2-D-Kultur differenziert wurden. Das bedeutet: Die leberähnlichen Zellen konnten besser die Proteine synthetisieren, die normalerweise in Leber synthetisiert werden. Auch für Knochenzellen konnten die Forscher nachweisen, dass die Knochendifferenzierung hier besser gelingt als in einer 2-D-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", resümiert Stock. Gemäß den Förderrichtlinien wurde zunächst ein Funktionstyp entwickelt, der voraussichtlich 2025 in Serie gehen soll.