Retina-on-a-Chip ermöglicht Nachbildung der menschlichen Netzhaut

Organ-on-a-Chip-System (Foto: Fraunhofer IGB)

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik und der Eberhard Karls Universität Tübingen haben ein mikrophysiologisches System entwickelt, das es erlaubt, die menschliche Netzhaut nachzubilden. Mit Hilfe dieser „Retina-on-a-Chip“ soll es zukünftig möglich sein, Augenerkrankungen sowie augenschädigende Nebenwirkungen von Medikamenten zu untersuchen [1].

Hierfür regten die Wissenschaftler zunächst menschliche pluripotente Stammzellen an, sich zu unterschiedlichen Netzhautzellen wie Stäbchen und Zapfen als Photorezeptoren und Bipolar- und Horizontalzellen als informationsverarbeitende Zellen zu entwickeln. Anschließend wurden diese Zellen dazu gebracht, sich in einer physiologischen Struktur selbst anzuordnen, so dass sie die Form von Retina-Organoiden aufwiesen. Die Wissenschaftler ergänzten schließlich unter Einsatz technischer Hilfsmittel die fehlenden Zelltypen sowie wichtige blutgefäßähnliche Strukturen, sodass eine Versorgung der Zellen mit Nährstoffen und Medikamenten möglich wurde. Auf diese Weise entstand eine komplexe, mehrschichtige und funktionelle Symbiose aus dem Zellverband und einem künstlichen mikrophysiologischen System, das – wie die menschliche Retina auch – viele unterschiedliche Zelltypen beinhaltet, die in einem komplexen Zusammenspiel miteinander in Wechselwirkung treten können.

In ersten Untersuchungen wurde diese Netzhautnachbildung bereits mit dem Malariamedikament Chloroquin und dem Antibiotikum Gentamicin behandelt. Von beiden Medikamenten ist bekannt, dass sie zu Nebenwirkungen auf der menschlichen Netzhaut führen. Diese Nebenwirkungen konnten auch auf dem entwickelten System gezeigt werden. Die Wissenschaftler hoffen, dass Augenerkrankungen und Nebenwirkungen von Medikamenten zukünftig innerhalb des Systems untersucht werden können und somit die Anzahl an Tierversuchen reduziert werden kann. 

1. Achberger K et al (2019) Merging organoid and organ-on-a-chip technology to generate complex multi-layer tissue models in a human Retina-on-a-Chip platform. eLife 8: e46188