Forscher verwenden Bioprinting zur Herstellung von Lebergewebe für Arzeimittelforschung

Ein japanisches Forschungsteam hat ein Modell des Lebergewebes durch eine Gerüst-freie Bioprinting-Methode hergestellt. Dieses Gewebe kann in der Entwicklung und Prüfung von Medikamenten verwendet werden und kann zusätzlich Aufschluss über die Ursachen von Lebererkrankungen geben.

Die meisten metabolischen Funktionen im menschlichen Körper, wie Enzymsekretion oder Verarbeitung von Toxinen, werden durch hepatische parenchymale Zellen durchgeführt, die etwa 78% der Leber ausmachen. Der Großteil der bisherigen Studien mit Replik-Lebergewebe hat 2D-Zellkulturen verwendet, die zwar nützlich, jedoch nicht in der Lage sind ihre Funktion über einen langen Zeitraum zu erhalten. Eine zusätzliche Problematik ist die 2D-Form, da die genaue dreidimensionale Struktur des realen Lebergewebes nicht dargestellt werden kann. Um diese Schwierigkeit zu umgehen wurden in der Vergangenheit Gerüste verwendet, um das 3D-Element zu replizieren, jedoch ist diese Methode relativ ungenau.

Ein Team von Forschern mit Sitz in der Abteilung für Drug Discovery an der Universität Tokio hat es nun geschafft, ein gerüstfreies, 3D-gedrucktes Lebergewebe herzustellen, das in der Lage ist, seine metabolische Funktion über einen längeren Zeitraum zu erhalten. Dieses Gewebe kann verwendet werden, um verschiedene Tests durchzuführen, wie die Beobachtung der Auswirkungen von neu entwickelten Medikamenten auf den Stoffwechsel oder die Untersuchung von Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes, Fettleibigkeit und nicht-alkoholische Steatohepatitis (NASH).

Der Bioprinting-Prozess nutzt den Regenova 3D-Drucker von Cyfuse Biomedical. Ein Satz von Sphäroidzellenaggregaten, in diesem Fall Leberzellen, wird nach einem vorgefertigten 3D-Modell des gewünschten Gewebes auf einer Reihe von sehr feinen Nadeln gesetzt. Diese Zellen interagieren dann autonom und verbinden sich, wobei die Lebergewebsstruktur allmählich aufgebaut wird. Dieses Gewebe wird dann entfernt und in ein Fläschchen mit dem Kulturmedium gegeben.

Das resultierende Lebermodell war in der Lage, die Arzneimittel-Metabolisierungsfunktionen für mehr als sieben Wochen aufrechtzuerhalten. Nach der Kultivierung für mindestens drei Wochen konnte das Modell Gallensäure im Kulturmedium sezernieren, und nach 11 Wochen war es möglich die Produktion von Glukose mit Insulin zu regulieren. Diese Ergebnisse sind ausgesprochen vielversprechend und zeigen großes Potenzial für zukünftige Wirkstoffforschungsprojekte.

Für die Zukunft sind weitere 3D-Bioprinting-Projekte geplant, die auf dieser Forschung für noch mehr Anwendungen aufbauen. Das Gewebe könnte als Teil eines Krankheitsmodells verwendet werden, um die Wirksamkeit und die Sicherheit von Arzneimitteln zu testen, indem man die Drogenreaktion der Leber genau nachahmt. Des Weiteren, könnte das Lebergewebe mit einem Mikrofluidiksystem kombiniert werden, um verschiedene Wechselwirkungen zwischen der Leber und anderen Organen des Körpers zu replizieren.

Die Ergebnisse der Forschung wurden auf Science Direct unter dem Titel „Scaffold-free 3D bio-printed human liver tissue stably maintains metabolic functions useful for drug discovery” veröffentlicht.