Vor siebzehn Jahren reichten der Zellbiologe Donald Ingber und sein Team am Wyss Institute der Harvard University bei Science eine Studie ein, in der eine menschliche Lunge modelliert wurde. Die schmalen Kanäle in einer transparenten Polymerplatte, die kleiner als ein USB-Stick war, enthielten Zellen, wie sie die Lungenbläschen und Blutgefäße der Lunge auskleiden. Wurde Luft hineingepumpt, dehnte sich das System rhythmisch aus und zog sich wieder zusammen, es „atmete“. Anders als frühere statische Modelle ahmte es die Bewegungen der Lunge nach und reagierte auf Entzündungsproteine, Bakterien und Siliziumdioxid-Nanopartikel ähnlich wie eine lebende Lunge. Zudem zeigte sich, dass die Bewegung die Aufnahme der Partikel durch das Gewebe beeinflusste.
Damit wurde gezeigt, dass dieses System Gewebekulturen oder Tierversuche bei Arzneimittel- und Chemikalientests ergänzen oder sogar eine Alternative zu ihnen darstellen könnte. Die Redakteure von Science lehnten die Studie ab und verlangten Tests an Mäusen. Das Team führte die Versuche durch, reichte die Studie ein Jahr später, 2010, erneut ein und brachte sie zur Veröffentlichung; die Studie wurde in rund 5.400 wissenschaftlichen Arbeiten zitiert.
Ilka Maschmeyer, Geschäftsführerin von TissUse, berichtete, dass ein Pharmaunternehmen von der FDA keine Genehmigung für eine klinische Studie erhalten habe, weil es Tierversuchsdaten vorgelegt hatte, und dass Organ-on-a-Chip-Daten verlangt worden seien. Solche Alternativen werden als NAMs bezeichnet:
- Methodologien mit neuen Ansätzen
- neuartige alternative Methoden
- tierfreie Methoden
Maschmeyer erklärte, dass der Einsatz noch selten sei, aber voraussichtlich zunehmen werde. Zu den größten Herausforderungen zählen die Standardisierung der NAMs und ihr direkter Vergleich mit Tierversuchen.
Warum das wichtig ist
Diese Entwicklung rückt die Frage, welche Daten von den Regulierungsbehörden in der Arzneimittelentwicklung akzeptiert werden, aus dem Bereich der Labortechnik ins Zentrum der Versuchsprozesse. Organmodelle auf Chips haben das Potenzial, bei der Bewertung der Reaktion menschlichen Gewebes auf Bewegung und Umwelteinflüsse über die Grenzen von Tests hinauszugehen, die ausschließlich mit statischen Zellkulturen durchgeführt werden. Daher betrifft das Thema neben der Arzneimittel- und Chemikaliensicherheit auch Forschende, Pharmaunternehmen und Regulierungsbehörden. In welchem Umfang NAMs Tierversuche ersetzen werden, bleibt jedoch aufgrund ihrer nach wie vor begrenzten Nutzung und der Standardisierungsprobleme der Methoden offen. Die zentrale Frage des Bereichs ist, ob Ergebnisse aus verschiedenen Laboren direkt und anhand gemeinsamer Kriterien mit Tierdaten vergleichbar gemacht werden können.