Die Wirksamkeit von neuen Medikamenten wird vor allem bei Tierversuchen erforscht. Die sind aus ethischen Gründen höchst umstritten und außerdem sind die Ergebnisse nicht immer auf den Menschen übertragbar. Um Wirkstoffe künftig direkt an menschlichen Organen zu testen, hat das Karlsruher Unternehmen vasQlab deshalb ein innovatives Testsystem entwickelt.
Menschliche Organe werden im Miniaturformat nachgebildet und als Testfeld für die Medikamentenentwicklung genutzt. „Das Interesse an diesem Verfahren ist sehr groß. Denn es ist nicht nur viel humaner als Tierversuche, sondern auch deutlich günstiger“, sagt Ute Schepers. Vor neun Jahren hat die Professorin des KIT-Instituts für Toxikologie und Genetik mit der Entwicklung der innovativen Testmethodik begonnen und nun sind bereits die ersten Verträge mit einem großen Pharmaunternehmen unterschrieben. Im Herbst soll das vasQlab dann offiziell als GmbH aus dem KIT ausgegründet werden. „Die erforderlichen Patente dürfen wir weiterhin nutzen“, sagt Schepers. „Und wenn alles glatt läuft, werden wir schon bald schwarze Zahlen schreiben“.
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Modellierte Organwürfel haben lediglich einen halben Millimeter Kantenlänge
Das Herzstück des Unternehmens sind dabei die so genannten Organchips. Diese Chips bestehen zunächst einmal einigen schmalen Kanälen aus Kunststofffolie mit mikrometergroßen Poren. Diese Kanäle werden dann mit Blutgefäßen gefüllt. Anschließend beginnt die eigentliche Organsimulation, nämlich das schichtweise Aufbringen eines Gemischs aus menschlichen Zellen und Wachstumsfaktoren mithilfe eines 3D-Druckers. „Wenn man Leberzellen verwendet, kann man mit unseren Chips die Wirksamkeit eines Medikaments auf die Leber testen“, sagt Schepers. Wie eine echte Leber sieht der vasQlab-Chip allerdings nicht aus. „Die künstlichen Organe sind kleine Würfel mit etwa einem halben Millimeter Seitenlänge“, sagt Schepers. „Also irgendwie eher ein Pressschinken als ein menschliches Organ“.
Für die medizinischen Testreihen sind die miniaturisierten Organe nach Schepes Erfahrung aber vollkommen ausreichend. Was sich einfach anhört, ist allerdings das Ergebnis eines mehrjährigen Forschungsprojekts. Die Zellen müssen schließlich selbstständig anwachsen und sich in allen drei Dimensionen ausbreiten. Die meisten menschlichen Zellen reagieren auf solche Verfahren „überaus sensibel“, weiß Schepers aus langjähriger Erfahrung. Für eine möglichst realitätsnahe Simulation müssen die künstlichen Organe dazu noch die spezifischen Eigenschaften der echten Organe entwickeln.
Einfache Lagerung der Chips im Regal möglich
Die Vorteile des Chip-Systems gegenüber Tierversuchen liegen für Schepers auf der Hand. „Tiere reagieren auf manche Medikamente anders als Menschen“, sagt die vasQlab-Gründerin. Außerdem müssten Versuchstiere unter einem hohen personellen und finanziellen Aufwand in den Laboren gehalten und gepflegt werden. „Unsere Chips können bis zu den eigentlichen Tests dagegen recht einfach im Regal gelagert werden“, sagt Schepers. Bis die Organchips aus Karlsruhe für die Pharmaindustrie als praktikable Alternative für Tierversuche eingesetzt werden können, sind allerdings noch zahlreiche Tests vonnöten. Die ersten Kunden aus der Industrie wollen die Chips deshalb zunächst mit bekannten Wirkstoffen testen.
„Die Ergebnisse können dann sehr gut mit den bereits bestehenden Erkenntnissen über die Wirksamkeit der Medikamente verglichen werden“, erläutert Schepers dieses Verfahren. Bis „neue Medikamente“ mit den Organchips auf ihre Wirksamkeit überprüft werden, werden deshalb aller Voraussicht noch einige Jahre ins Land ziehen.
Klarer Trend zur personalisierten Medizin
Vom Erfolg ihres Systems ist Schepers aber bereits heute überzeugt. Der Grund ist die steigende Nachfrage nach individuellen Behandlungsmethoden bei schwerwiegenden Erkrankungen. „Bei einer Krebserkrankung möchte man schließlich wissen, welche Auswirkungen die eingesetzten Wirkstoffe bei einem ganz bestimmten Patienten haben“, sagt Schepers. Dank der Organchips können künftig die Organe der betroffenen Patienten relativ leicht nachgezüchtet werden. „Alles was man dafür braucht, sind ein paar Zellen und die können problemlos entnommen werden“, sagt Schepers. Dank der gezielten Tests an betroffenen Organen seien deutlich präzisere Aussagen über die Wirksamkeit von Medikamenten als bisher möglich. „Die personalisierte Medizin erlebt gerade einen regelrechten Boom und die Nachfrage an solchen Systemen ist dementsprechend groß“, sagt Schepers. Und dank der intensiven Forschung in den KIT-Laboren verfüge vasQlab über einen größeren Erfahrungsschatz als etliche Entwicklungsabteilungen der Pharmaindustrie. „Aber generell befindet sich die Entwicklung noch in der Anfangsphase“, so Schepers. In der Kosmetikbranche sind solche Systeme dagegen seit geraumer Zeit weit verbreitet. Der Grund: Tierversuche für die Entwicklung von Kosmetika sind gesetzlich verboten und das Modellieren von menschlicher Haut ist verglichen mit der Organsimulation ein vergleichsweise einfaches Unterfangen.
Mehrere Preise als Beleg für die innovative Forschungsarbeit
Bereits im Jahr 2010 hat eine Arbeitsgruppe von Schepers auf dem Campus Nord des KIT mit der Entwicklung der Chips begonnen. 2012 wurde das erste Patent angemeldet und 2014 wurde das Unternehmenskonzept erstmals öffentlich beim Karlsruher Vorentscheid des Elevator Pitch präsentiert. 2016 erhielt das vasQlab bei den Cyberchampions Award den init Innovationspreis. Es folgten noch der Otto-Haxel-Preis für Schepers und ihrem Mitarbeiter Christoph Grün sowie 2017 der Lush Preis für das Engagement gegen Tierversuche in der Kategorie „Junge Forscher“ für Vanessa Kappings. Seit 2017 wird vasQlab mit dem Exist-Gründerstipendium auch finanziell gefördert. Nach der Ausgründung sollen mit den Fördergeldern unter anderem die Stellen der wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen Petra Nitschke, Vanessa Kappings, Eva Zittel und von Entwicklungsleiter Christoph Grün finanziert werden.
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„Wenn alles wie geplant läuft, können wir ab Mitte 2019 schon wirtschaftlich arbeiten“, prognostiziert Schepers. Und Arbeit gibt es nach Ansicht der künftigen Firmenchefin auch in Zukunft noch zur Genüge. „Noch können durch solche Chips keine kompletten Menschen abgebildet werden. Davon sind wir ehrlich gesagt sogar noch meilenweit entfernt“, sagt Schepers. Und auch die Simulation von Nervenbahnen sei bislang noch mit einem sehr hohen Aufwand verbunden, betont Schepers. „Aber immerhin sind wir auch auf diesem Forschungsfeld schon besser wie die meisten Tierversuche.“
