Harvard-Forscher drucken erstmals Herz auf Chip

Integrierte Sensoren erleichtern medizinische Forschung erheblich. [...]

Wissenschaftler der Harvard University haben erstmals ein komplett 3D-gedrucktes, mit Sensoren auf einem Chip integriertes Organ gefertigt. Möglich macht das Herz-auf-einem-Chip („Heart-on-a-Chip“, nach dem aus der Halbleiterindustrie bekannten System-on-a-Chip) ein digitaler Fertigungsprozess mit speziellen 3D-Druck-Tinten. Der in „Nature Materials“ vorgestellte Ansatz soll es erleichtern, Daten für diverse Forschungszwecke zu sammeln und könnte so auf Dauer auch Tierversuche unnötig machen.

Tinten-Durchbruch
„Der neue programmierbare Zugang zum Bau von Organen-auf-Chips lässt uns nicht nur leicht das Design des Systems abändern und durch integrierte Sensoren anpassen, sondern erleichtert massiv das Datensammeln“, sagt Harvard-Postdoc Johan Ulrik Lind, Erstautor der aktuellen Arbeit. Denn die Forscher haben sechs spezielle Tinten für den 3D-Druck entwickelt, bei denen Dehnungssensoren direkt in die Mikroarchitektur des Gewebes integriert sind. Das hat den Druck eines Herz-auf-Chips ermöglicht, das dank direkt integrierter Sensoren den Herzschlag messen kann.

Den Forschern zufolge erleichtern die neuen Tinten die Herstellung gedruckter Organe gegenüber bisher gebräuchlichen Methoden deutlich. Gleichzeitig steige die mögliche Komplexität der Systeme. „Indem wir verschiede funktionelle Materialien entwickeln und in gedruckten Geräten integrieren, gehen wir an die Grenzen des 3D-Drucks“, meint Jennifer Lewis, Professorin für Bioinspirierte Technik in Harvard. Die aktuelle Studie zeige eindrucksvoll, wie der Ansatz des Teams genutzt werden kann, um voll funktionsfähige Chips für die Wirkstoffsuche und die Krankheitsmodellierung zu drucken.

Gewebe-Tests und mehr
Der aktuell vorgestellte Chip umfasst Bereiche mit verschiedenen speziell gefertigten Herzgeweben, deren Qualitäten dadurch gut auch vergleichend untersucht werden können. Insbesondere macht er es leicht, qualitative Veränderungen über einen längeren Zeitraum zu beobachten. „Die integrierten Sensoren erlauben es Forschern, kontinuierlich Daten zu sammeln, während Gewebe reifen und ihre Kontraktilität verbessern“, erklärt Lind.

Systeme wie das neue Herz-auf-einem-Chip gelten als eine potenzielle Alternative zu medizinischen Tierversuchen. Die Harvard-Weiterentwicklung, die dank einfacherer Fertigung und bessere Funktionalität die Forschung mittels künstlich hergestellter Organe gangbarer machen soll, nährt also auch die Hoffnung auf das Ende von Tierleid im Namen der menschlichen Gesundheit.