ELEKTROPHYSIOLOGIE VON MIKROGEWEBEN

Komplexe In-vitro-Testsysteme erlangten in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung, da der Bedarf aufgrund gestiegener Entwicklungskosten (z.B. bei Pharmaka) oder ethischer Restriktionen (Vermeidung von Tierversuchen) deutlich gestiegen ist.

Neben etablierten Hochdurchsatz-Testsystemen spielen neue Verfahren mit Berücksichtigung komplexer Gewebephysiologie und Funktionalität eine zunehmend wichtige Rolle. Patch-Clamp-Messungen werden seit Jahrzehnten zur Untersuchung der elektrophysiologischen Aktivität von Zellen verwendet. Dabei wird die Plasmamembran einer Zelle mithilfe einer Glaspipette so dicht angesaugt, dass eine Messung der Ionenkanalströme auf der Innenseite der Glaskanüle möglich wird. Der Vorteil dieser Methode besteht in der hohen physiologischen Relevanz. So kann der direkte Einfluss von Substanzen auf die Leitfähigkeit von Ionenkanälen untersucht werden. Zusätzliche intrazelluläre Sonden oder Farbstoffe, welche die Signalgebung beeinflussen könnten, sind nicht erforderlich.

Der Nachteil von manuellen Patch-Clamp-Messungen besteht vor allem im hohen Arbeitsaufwand, da im klassischen Verfahren viele händische Schritte erforderlich sind. Um diesen Nachteil zu umgehen, entwickelte die Firma Cytocentrics im Jahr 2003 ein automatisiertes Patch-Clamp-Verfahren, den „Cytopatch“, welches automatisierte Hochdurchsatzmessungen an Einzelzellen ermöglicht. Dies schaffte die Grundlage für eine standardisierte industrielle Anwendung. Allerdings konnte das Messverfahren bislang nur für Einzelzellen angewendet werden und war nicht für Messungen an Geweben verfügbar. Genau hier besteht jedoch ein großer Bedarf, da aufgrund von Fortschritten im Tissue Engineering und der Organoidbiologie Möglichkeiten zur Herstellung definierter Mikrogewebe zur Verfügung stehen.

Ziel des KMU-innovativ Projektes „MiTiS – Micro Tissues in Suspension“ ist die Entwicklung von Verfahren zur Herstellung und automatisierten Messung von Mikrogeweben im „Cytopatch“. Dazu sollen definierte Mikrogewebe aus Herz- und Schweißdrüsenzellen sowie Neuronen des peripheren und zentralen Nervensystems hergestellt werden, die anschließend für eine Assayentwicklung am „Cytopatch“ zur Verfügung stehen. Die Fraunhofer EMB bearbeitet das vom BMBF geförderte Projekt gemeinsam mit den Projektpartnern Cytocentrics und Axiogenesis (Ncardia).

Dabei fokussieren sich die Arbeiten der Fraunhofer EMB auf die Herstellung definierter Mikrogewebe aus Schweißdrüsen und neuronalem Gewebe. Im letzten Jahr konnte die standardisierte Herstellung von Organoiden aller Gewebearten entwickelt werden. Im nächsten Schritt erfolgt nun die Etablierung automatisierter Patch-Clamp-Messungen an Mikrogeweben.