Forschung – Chip ahmt Lungenfunktion nach

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Ein Mikrochip mit lebenden menschlichen Zellen könnte die Erforschung der Lungenbläschen revolutionieren. Forscher der Harvard Universität/USA haben im Science-Magazin ihre Nachahmung einer atmenden Lunge im Miniformat präsentiert. Diese soll Labortests zu Umweltgiften, Medikamenten oder Aerosolen erleichtern und billiger machen. "Unsere Lunge-auf-dem-Chip zeigt etwa, wie wir Nanopartikel der Luft aufnehmen und wie Krankheitserreger Entzündungen auslösen. Viele Tierversuche können somit erspart bleiben", berichtet Forschungsleiter Donald Ingber.

Einblicke in die Reaktion der Lunge

Um die Lunge nachzustellen, wurden 2 Schichten von lebendigem Gewebe – menschliche Epithel- und Endothelzellen – auf eine Silizium-Membran platziert, während ein Kulturmedium die Blutbahn nachahmt. Der Chip ist durch ein neuartiges Gummimaterial biegsam und wird im Betrieb entsprechend der Atembewegung zyklisch mechanisch gedehnt. Ein Luftkanal führt an die Wand der Lungenbläschen und wird so beeinflusst, wie man dies für den Test braucht. So leiteten die Forscher versuchshalber lebende Escherichia-coli-Bakterien ein, die von den Lungenzellen rasch entdeckt werden konnten. Daraufhin wurden über die poröse Membran Blutzellen aktiviert, die eine Immunreaktion hervorriefen und weiße Blutkörperchen in die Luftkammer schleusten. Diese zerstörten das Bakterium.

Deutlich wurden die Vorteile des Chips bei einem anderen Versuch, bei dem man verschiedene Nanopartikel aus der Luft einschleuste. Mehrere Arten davon drangen in die Lungenzellen ein und lösten dort eine Überproduktion von freien Radikalen sowie eine Entzündungsreaktion aus. Viele Partikel schafften es, bis in den Blutkanal vorzudringen – wobei die mechanische Bewegung des Chips diese Absorption zusätzlich verbesserte. Den Abstract der Studie finden Sie unter http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/328/5986/1662.

pte