Donnerstag, 15 Dezember 2016 14:15

Krankheitsmodell: Rauchmaschine mit Lung-on-a-Chip-Modell gekoppelt Empfehlung

Zur Untersuchung der Auswirkungen des Rauchens haben Forscher des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering  an der Harvard-Universität in Boston eine kleine "Mikrolunge auf dem Chip" mit menschlichen Bronchialepithelzellen mit einer Zigarettenrauchmaschine kombiniert und zu einem Mikrorespirator weiterentwickelt.
 

Bislang war es schwierig, die durch Rauchen verursachte COPD (Chronisch-obstruktives Respirationssyndrom) oder andere negative Effekte des Rauchens auf die Lunge genauer zu untersuchen. Herkömmliche Zellkulturen sind durch ihre Statik dafür nicht geeignet, es lassen sich lediglich Gase und Partikel auf die Oberfläche aufbringen und deren Auswirkungen auf die Zellen studieren und keine tiefen Atemzüge simulieren.
Tierversuche an Ratten sind ebenfalls ungeeignet, weil die Tiere durch den Mund atmen und abweichende fremdstoffmetabolierende Enzyme besitzen.

Rauchmaschinen gibt es schön länger, die in Lage sind, den Rauch mit einem gewissen Anteil an Frischluft zu kombinieren und die Intensität der Inhalation bzw. die Rauchstärke zu simulieren. Nun ist es den amerikanischen Forschern der Innovationsschmiede am Wyss-Institut gelungen, ihr Airway-on-a-Chip-Modell mit solch einer Maschine zu kombinieren. Das Chipmodell mit den menschlichen Brochiolarepithelzellen beherbergt menschliche Bronchialzellen mit Cilien und Mucus in kleinen Mikrokanälchen. Die Zellen werden von Medium umflossen, so dass es zu einer Luft-Flüssigkeits-Schnittstelle kommt. Die Zellen stammen ursprünglich vom gesunden Probanden oder vom COPD-Patienten. Die Zellen der Minilunge werden außerdem mechanischer Dehnbewegungen ausgesetzt, wie es beim Ein- und Ausatmen auch der Fall ist. Das Rauchgerät atmet Zigarettenrauch ein- und aus wobei der Gasstrom zu den Zellen auf dem Chip geleitet werden. So lässt sich die Langzeit-Entwicklung einer Lungenerkrankung durch Rauchen in-vitro studieren. Die Intensität des Rauchens kann am Gerät eingestellt werden.

Die Wissenschaftler haben ihre Entwicklung in der Zeitschrift "Cell Systems" publiziert.
Kambez H. Benam, Richard Novak, Janna Nawroth, Mariko Hirano-Kobayashi, Thomas C. Ferrante, Youngjae Choe, Rachelle Prantil-Baun, James C. Weaver, Anthony Bahinski, Kevin K. Parker and Donald E. Ingber (2016): Matched-Comparative Modeling of Normal and Diseased Human Airway Responses Using a Microengineered Breathing Lung Chip. Cell Systems 3/5: 456–466.e4.
http://www.cell.com/cell-systems/pdfExtended/S2405-4712(16)30322-2

Quellen:
https://wyss.harvard.edu/mimicking-life-like-cigarette-smoke-exposure-and-patient-specific-responses-in-human-lung-airway-chips/
http://www.cell.com/cell-systems/pdfExtended/S2405-4712(16)30322-2
http://thenewstack.io/scientists-insert-lung-chip-chain-smoking-machine-study-lung-disease/