AstroCardia-Projekt: Wie 3D-biogedruckte “Herzen-auf-Chips” im All Herzalterung erforschen

Ein Konsortium aus fünf belgischen Unternehmen und Forschungszentren will das Geheimnis der Herzalterung lüften. Und dafür nutzen sie eine ungewöhnliche Umgebung: den Weltraum. Im Rahmen des AstroCardia-Projekts entwickeln sie eine 3D-biogedruckte Miniatur eines menschlichen Herzens samt zugehörigem Kreislaufsystem, das 2025 zur Internationalen Raumstation (ISS) geschickt werden soll.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit eine der Haupttodesursachen, und das Risiko steigt mit dem Alter. Dennoch gibt es bisher kaum zuverlässige Modelle, um die biologischen Prozesse dahinter zu verstehen.

“Unser Herz verändert sich mit dem Alter. Es wird langsam größer und steifer, die Arterien verkalken und die Pumpleistung lässt nach. Im Weltraum bewirken Faktoren wie Stress, Mikrogravitation und Strahlung, dass diese Alterungsprozesse 20 Mal schneller ablaufen. Im Weltraum beschleunigen wir also die Zeit. Und das gibt uns die einzigartige Möglichkeit, Forschungsergebnisse zu erzielen, die wir hier auf der Erde einfach nicht erreichen können. Die Plattform, die wir entwickeln werden, wird die Erforschung der Mechanismen ermöglichen, die die Herzalterung vorantreiben. Diese Forschung wird vollständig automatisiert sein und kann aus der Ferne betrieben werden”, sagt Hilde Stenuit, Forscherin bei Space Applications Services.

“Das Miniaturherz, das kaum die Größe eines Chia-Samens hat, ahmt sein menschliches Gegenstück naturgetreu nach. Die innovative Technik würde es ermöglichen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen besser zu untersuchen und einige potenzielle Medikamente zu testen. Der größte Vorteil besteht darin, dass wir sie personalisieren können, indem wir Stammzellen des Patienten selbst verwenden. So können wir eine Miniaturversion des Herzens des Patienten züchten. Das wäre ein großer Fortschritt für die personalisierte Medizin. Daran arbeiten wir gemeinsam”, sagt Dr. Kevin Tabury, Radiobiologieexperte des SCK CEN.

Für das AstroCardia-Projekt nutzen die Forscher*innen 3D-Bioprinting, um ein Herz-auf-einem-Chip zu erstellen. Dieser Chip, nur wenige Quadratmillimeter groß, trägt Herzmuskelzellen, die aus einer speziellen “Bio-Tinte” bestehen. Diese Tinte enthält Biomaterialien und Stammzellen, die sich in jegliche Zellart entwickeln können. Ein künstliches Kreislaufsystem wird das Herz mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgen, bis es anfängt zu schlagen.

“Vergleichen Sie es mit dem Mauern einer Wand. Die Stammzellen sind die Ziegel, die Bio-Tinte der Mörtel. Die Biotinte ist eine Art Gel, das die Zellen druckbar macht und in dem sie während und nach dem Druck überleben können”, sagt Jasper Van Hoorick, CEO von BIO INX.

Ein künstliches Kreislaufsystem, entwickelt in Zusammenarbeit mit dem R&D-Unternehmen Antleron, wird den Chip im extremen Weltraumklima stabil halten.

“Dieses Projekt liefert einige wertvolle Einblicke in die Physiologie von Herzorganoiden. Daher ist es sehr wichtig, dass der Chip, auf den wir das Miniaturherz drucken werden, den extremen Bedingungen im Weltraum gewachsen ist. Es ist uns eine Ehre, mit unserem Wissen dazu beitragen zu können”, sagt Jan Schrooten, CEO von Antleron.

Mit diesem Weltraumexperiment hoffen die Unternehmen, ein wissenschaftliches Modell der Herzalterung zu schaffen.

“Mit diesem Projekt blicken wir über den Tellerrand hinaus. Wir befassen uns schon heute mit den Problemen, mit denen die Gesellschaft morgen konfrontiert sein wird. Ein gesundes Herz ist nicht nur für diejenigen wichtig, die heute an Herz-Kreislauf-Erkrankungen leiden, sondern auch für gesunde Astronauten, die den Weltraum erkunden”, schließt Martijn Reniers, CIO bei QbD.