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Medizin

09. Februar 2017 Diabetesforschung auf Pankreas-Chip

Das Bundeministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert in den kommenden 3 Jahren das neue Konsortium „PancChip“. Ziel ist es, Kultur und Differenzierung von Stammzellen zu funktionalen Beta-Zellen auf einem Chip weiterzuentwickeln und so Fragestellungen zur Entstehung und Therapie von Diabetes und anderen Erkrankungen der Bauchspeicheldrüse zu lösen. Die Gesamtfördersumme von 1,5 Millionen Euro wird unter den beteiligten Partnern gedrittelt.
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Als Behandlungsmöglichkeit von Diabetes rücken vermehrt Ersatz- und Regenerationstherapien von zerstörten Beta-Zellen ins Blickfeld der Wissenschaft. Die Idee dahinter: Stammzellen als Quelle für Insulin produzierende Beta-Zellen zu nutzen.

„Leider verfügen wir aber noch nicht über ein ausreichendes Verständnis der Signale und Faktoren, welche die Programmierung der Stammzellen steuern“, erklärt Prof. Dr. Heiko Lickert, Direktor des Instituts für Diabetes- und Regenerationsforschung (IDR) am Helmholtz Zentrum München und Inhaber des Lehrstuhls für Betazellbiologie an der Technischen Universität München (TUM). Er wird das Projekt zusammen mit Dr. Matthias Meier von der Universität Freiburg koordinieren und leiten. Ebenfalls an dem Projekt beteiligt ist Prof. Dr. Alexander Kleger, Oberarzt an der Ulmer Universitätsklinik für Innere Medizin I.
 
Labor im Miniaturmaßstab: Die Chips, auf denen sich Pankreaszellen züchten lassen, sind so groß wie eine Daumenkuppe.© Matthias Meier, Universität Freiburg
Labor im Miniaturmaßstab: Die Chips, auf denen sich Pankreaszellen züchten lassen, sind so groß wie eine Daumenkuppe.© Matthias Meier, Universität Freiburg


Gemeinsam wollen die Wissenschaftler mehrere Zellkulturmodelle im Chip-Format entwickeln, um zu untersuchen, welche Faktoren die Entwicklung der Stammzellen in endokrine und exokrine Zelllinien steuern und wie sie das tun. Dafür wachsen die Zellen auf einem Trägermaterial (dem Chip) und die darüber liegenden Flüssigkeiten (Nährmedium mit und ohne zusätzliche Substanzen) werden durch miniaturisierte, pneumatische Ventile gesteuert. Angeschlossen sind zudem Analysemethoden, um die Reaktion der Zellen umfassend zu dokumentieren.

Ein 3D-Modellsystem soll im nächsten Schritt Organoide – also Miniorgane – hervorbringen, um Krankheitsprozesse zu untersuchen. „Durch diese "Organoid-Klinik" können wir Wirkstoffe unter standardisierten Bedingungen testen und die Reaktion von Patienten-Material auf Therapieoptionen untersuchen“, so Projektleiter Lickert. Die Münchner Forscher werden sich dabei vor allem auf die Modellierung von Diabetes spezialisieren, während in Ulm an der chronischen Pankreatitis geforscht werden soll.

Langfristig soll sich das Projekt in drei Richtungen bezahlt machen: wissenschaftlich möchte das Konsortium die Biologie hinter den Pankreas-Krankheiten erschließen und mögliche Eingriffspunkte identifizieren. Klinisch steht die Entwicklung von Beta-Zellersatztherapie und damit langfristig der Heilung des Diabetes mellitus im Mittelpunkt der Arbeiten. Und nicht zuletzt soll auch wirtschaftlich ein Nutzen aus dem Projekt entstehen: Auf Sicht* sollen die Forschungsergebnisse von einem Start-up-Unternehmen verwertet werden. Denkbar wären hier der Chip selbst zur möglichen Produktion von Betazellen aus Stammzellen, eine Hochdurchsatz-Screening-Plattform für Chemotherapeutika mit Wirksamkeit auf Bauchspeicheldrüsenzellen oder auch als neuartiges Instrument zur individualisierten Vorab-Testung von Therapieoptionen an Patientenmaterial.

Hintergrund

Technisch basiert das Projekt auf einer mikrofluidischen Zellkultur-Chip-Plattform. Das bedeutet, die Zellen wachsen auf einem Trägermaterial (dem Chip) und die darüber liegenden Flüssigkeiten (Nährmedium mit und ohne zusätzliche Substanzen) werden durch miniaturisierte, pneumatische Ventile gesteuert. Die microfluidic large-scale integration technology (mLSI) erlaubt es, die Zellen dann entsprechend zu charakterisieren – das umfasst etwa die gleichzeitige Analysen von verschiedenen Proteinen in und um die Zellen (Multiplex in situ Proteinanalytik) einschließlich deren Interaktionen („proximity ligation assay“), die Bildgebung lebender Zellen („live cell imaging“) sowie das Verfolgung einzelner Zellen während der Differenzierung und vieles mehr.

* Übertriebene Erwartungen mit Blick auf erste Erfolge wollen die Forscher aber nicht aufkommen lassen. Sie schätzen, dass der Zeitrahmen für die Verwertung der Ergebnisse in der Größenordnung von zehn Jahren liegen wird. Die Laufzeit ist zunächst vom 01. Februar 2017 bis zum 31. Januar 2020 angesetzt.

Quelle: Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt


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