TECH-MPS

Projektbeschreibung

Herzversagen ist eine der Hauptursachen für Tod oder eingeschränkte Lebensqualität. Es entsteht häufig infolge ischämischer Herzkrankheiten oder nach einem Myokardinfarkt (MI). Da es bislang keine wirksamen Medikamente zur Begrenzung des Myokardschadens gibt und eine Reihe in Tierversuchen vielversprechender Wirkstoffe in klinischen Studien gescheitert sind, besteht ein dringender Bedarf an humanen Modellsystemen, die die Identifizierung neuer therapeutischer Ansätze ermöglichen.

Das TECH-MPS-Projekt setzt genau hier an und etabliert eine in vitro MI-Simulationsplattform auf Basis menschlicher Herzgewebemodelle im mikrophysiologischen System (MPS). Fortschritte in der Technologie humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS-Zellen) haben die Integration verschiedener Zelltypen (Kardiomyozyten, Fibroblasten, Endothelzellen) als kardiales Mikromilieu auf einem einzigen Chip ermöglicht. Dies eröffnet das Potenzial, präklinische Modelle mit hoher zellulärer Präzision zu entwickeln. Zellbasierte Assays (2D- und 3D-Kulturen), die iPS-Zellen verwenden, bieten eine leistungsstarke Plattform zur Untersuchung molekularer Pathomechanismen und zur Arzneimitteltestung an patientenspezifischen Gewebemodellen. Besonders in Kombination mit MPS sind iPS-abgeleitete Kardiomyozyten und EHTs (engineered heart tissues) ideal geeignet, um die Hypoxie- und Reperfusionsschädigung eines MI zu simulieren. Dies bietet eine realitätsnahe Grundlage für die Erforschung von Krankheitsmechanismen und die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze.

Das Projekt setzt sich dabei aus mehreren Teilaspekten zusammen, der Entwicklung

a) eines modularen mikrofluidischen Baukastensystems,
b) einer smarten Steuerungsplattform sowie
c) eines digitalen Zwillings.

Die Funktionalität und Anwendbarkeit der Plattform werden exemplarisch anhand innovativer Methoden zur Untersuchung von Pathomechanismen des humanen Herzmuskelgewebes demonstriert.