Heart-on-Chip – Eine vielseitige Plattform für die Erzeugung von μ-skaligem Herzgewebe durch Zentrifugation

Heart-on-Chip-System mit acht parallelen Kultivierungskammern.
Heart-on-Chip-System mit acht parallelen Kultivierungskammern.
Benutzerfreundliche Beladung eines Heart-on-Chip Systems mittels Zentrifugation.
Benutzerfreundliche Beladung eines Heart-on-Chip Systems mittels Zentrifugation.

Trotz intensiver Forschung sind Herz‑Kreislauf‑Erkrankungen weltweit immer noch eine der häufigsten Todesursachen. Jüngste Durchbrüche in der Molekular- und Zellbiologie wie die Herstellung von humanen induziert pluripotenten Stammzellen (iPSCs) und daraus abgeleitete In‑vitro‑Gewebemodelle bieten ein immenses Potenzial für die pharmazeutische Forschung und Präzisionsmedizin. Derzeit verfügbare Herzgewebemodelle benötigen jedoch große Zellmengen und erfordern komplexe Zellinjektionsprotokolle, was die Anwendung der neuen Technologien erschwert.

Das Fraunhofer IGB hat eine neuartige, benutzerfreundliche Heart‑on‑Chip‑Plattform (HoC) entwickelt, welche die parallelisierte Erzeugung von µ‑skaligem Herzgewebe erlaubt und eine minimale Funktionseinheit eines Herzmuskels nachahmt. Durch einfache Zentrifugationsschritte werden aus iPSCs gewonnene Herzmuskelzellen in acht mikroskalige Gewebekulturkammern eingebracht und anschließend zu schlagenden Geweben kultiviert.

In der nächsten Projektphase werden wir Auslesefunktionen zur In‑situ‑Bestimmung kontraktiler Kräfte und elektrophysiologischer Parameter integrieren sowie externe Stimuli zur Verbesserung der Gewebereifung einbringen.

Damit stellt die neue HoC‑Plattform ein breit anwendbares, praxistaugliches Werkzeug dar, das in jedem Labor als miniaturisiertes physiologisches In‑vitro‑Herzgewebemodell für Medikamententests oder zur Krankheitsmodellierung eingesetzt werden kann.

Literatur

[1] Schneider, O.; Zeifang, L.; Fuchs, S.; Sailer, C.; Loskill, P. (2019) User-friendly and parallelized generation of human induced pluripotent stem cell-derived microtissues in a centrifugal heart-on-a-chip, Tissue Eng Part A Vol: 9-10, 786-798

[2] Loskill, P.; Huebsch, N. (2019) Engineering tissues from induced pluripotent stem cells, Tissue Eng Part A Vol: 9-10, 707-710