Die Organ-on-Chip-Technologie bietet mit Biotech-Chips und humanen Organmodellen eine moderne, präzise und effiziente Methode, um die Giftigkeit und schädlichen Auswirkungen von Lebensmittelinhaltsstoffen zu untersuchen. Hierbei wird Gewebe von menschlichen Organen nachgebildet und in mikrofluidisch unterstützten Chip-Systemen kultiviert. Diese Mini-Organe werden den Inhaltsstoffen einzelner Lebensmittel ausgesetzt und anschließend deren Verträglichkeit geprüft.
Rasantes Wachstum der Organ-on-a-Chip-Technologie
Das Gebiet der Organ-on-a-Chip-Technologie wächst aufgrund seiner vielversprechenden und vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten in der Evaluation von Therapeutika und Zusatzstoffen rasant. Die Biotech-Chips überzeugen im Vergleich zu Tierversuchen mit einer weitaus effizienteren und genaueren Datenanalyse. Tiere bilden die menschliche Physiologie nicht in vollem Umfang ab, weshalb eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen in den meisten Fällen nur eingeschränkt möglich ist. Die nachgebildeten Zell- und Organstrukturen in den Biotech-Chips dagegen weisen humane Eigenschaften auf und gewähren eine verlässlichere Datenlage.
Zellveränderungen innerhalb weniger Tage sichtbar
Organ-on-Chip-Tests und Tierversuche unterscheiden sich zudem hinsichtlich des Untersuchungsverfahrens. Bei Tierversuchen werden in der Beobachtungsphase äußerliche Symptome und Veränderungen dokumentiert. Treten in der Testzeit keine sichtbaren Auffälligkeiten auf, werden die Tiere zur weiteren Untersuchung getötet, um Veränderungen an den Organen festzustellen. Beim Organ-on-Chip-Verfahren werden Zellveränderungen bereits innerhalb weniger Tage mikroskopisch sichtbar. Zudem können weitere Daten täglich aus den Zellkulturmedien erhoben werden, ähnlich wie bei einer Blutuntersuchung. Durch den täglichen Abgleich der Mikroskopiebilder und der zusätzlichen Analysedaten können die Labore akribisch dokumentieren, bei welcher Dosiermenge Nebenwirkungen auftreten.
Hohe Standardisierbarkeit der Versuche
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil gegenüber Tierversuchen liegt in der hohen Standardisierbarkeit der Biotech-Chips: Während Organmodelle im Zellkulturlabor unter einheitlichen Konditionen erstellt und untersucht werden, reagieren Tiere individuell auf Umwelteinflüsse. Demnach bietet die Organ-on-Chip-Technologie bei einem mehrmaligen Testverfahren gleichbleibende Voraussetzungen und liefert gegenüber dem Tiermodell zuverlässigere Ergebnisse. Bei Tieren werden Testverfahren abgebrochen, wenn unvorhersehbare Reaktionen auftreten.
Beispiel Darmzellen
Für den Test von Lebensmittelzusätzen züchtet Dynamic42 menschliche Darmzellen im Zentrum eines Biotech-Chips auf einer Membran. Durch einen künstlichen Blutfluss werden die Darmzellen mit Nährstoffen versorgt und bilden zottenartige Strukturen und Funktionen wie im echten menschlichen Darm aus. Optional können auch Bakterien der menschlichen Darmflora (das sog. Mikrobiom) eingebracht werden. Je nach Untersuchungsgegenstand werden dem Darm-Chip Testsubstanzen, wie Lebensmittelzusätze oder Umweltgifte, hinzugefügt. Die Reaktionen der Zellen auf diese Testsubstanzen lassen sich anschließend unter anderem unter dem Mikroskop auswerten. So kann beispielsweise geprüft werden, inwiefern die Darmzellen die zuvor beigefügten Zusatzstoffe aufnehmen und weiterleiten und wie die Darmzellen als auch das Darm-Mikrobiom auf diese Zusatzstoffe reagieren. Ist der Zusatzstoff schädlich, kann der Lebensmittelhersteller das weitere Testverfahren abbrechen, um Zeit und Kosten zu sparen.
Testen von Joghurts
Anwendung findet das Organ-on-Chip-Verfahren beispielsweise beim Testen von Bakterienkulturen aus Joghurts. Hier wird untersucht, ob die Kulturen die Funktion der Darmzellen verbessern, verschlechtern oder keinen Einfluss haben.
