Die Kultivierung von Zellen und Geweben auf einer starren Unterlage wie z.B. Petrischalen bietet nicht die notwendige Umgebung und Reizen, wie es im natürlichen Körper der Fall ist. inzwischen wissen Forscher, dass Zellen gewissen Umgebungsreizen ausgesetzt sein müssen, um wichtige Eigenschaften ausbilden zu können. Folglich wären entwickelte Zellsysteme ohne passende Umgebung nur eingeschränkt und als Alternative zu Primärgeweben und lebenden Organismen nicht wirklich zu gebrauchen. Die Wissenschaft arbeitet seit längerer Zeit daran, den sich entwickelnden Zellen diese Umgebung zu bieten, die nach Möglichkeit annähernd der Situation im menschlichen Körper entsprechen sollte.

Das Forscherteam Mikro- und Biosystemengineering unter der Leitung von Dr. Frank Sonntag bietet hierfür vielfältige technische Möglichkeiten an, die diese Umgebung simulieren. Dazu gehören neben der Temperaturregulierung gewisse Drücke, Strömungen und Stoffgradienten, wie sie im Körper durch Blutflüsse z.B. gegeben sind.  

Das Angebot des Forscherteams am Fraunhofer IWS reicht von der Herstellung von Multiorgan-Chips mit mehrlagigen Kanälen und Kulturkammern für die Kultivierung unterschiedlicher Gewebe in einem gemeinsamen Zirkulationssystems sowie integrierten pneumatisch angesteuerten Mikropumpen und Mikroventilen über die Entwicklung einer Geräteplattform für Multiorgan-Chips und ggfs. eines Portal‐Robotiksystem für eine vollautomatisierte Langzeitmessung im Hochdurchsatzverfahren.

Die Arbeitsgruppe bietet eine Plattformtechnologie für die Perfusion 3D-gedruckter Organoide an. In Kooperation mit Partnern wird zur Zeit 3D-Rapid-Prototyping entwickelt. Das 3D-Rapid-Prototyping-Verfahren dient der Herstellung von biokompatiblen Gerüste, auf denen Zellen wachsen können. Dies gilt als derzeit die State-of-the-Art-Methode zum Überwinden von Nachteilen, die sich aus der Organoid-Kultur in reiner Sphärenform ergibt. Das Fraunhofer-Institut ist hier für eine Zusammenarbeit mit neuen Partnern sehr aufgeschlossen.

Mit Hilfe der sogenannten Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-Spektroskopie können Protein-Protein-, Antigen-Antikörper-, DNA-DNA- und RNA-DNA-Interaktionen sowie auftretende genetische Mutationen untersucht werden. Dies ist mittlerweile ein gängiges Verfahren z.B. in der Arzneimittelforschung. Es lassen sich mehrere Parameter gleichzeitig abfragen. Mit Hilfe eines künstlichen Lymphknotens können auch immunologische Reaktionen auf die Testsubstanz untersucht werden.
 
Anwender ihrer Entwicklungen sind einerseits Unternehmen, die ihre chemischen Substanzen in-vitro mit Organ-on-a-Chips in akuten und Langzeituntersuchungen testen wollen. Andererseits werden sie von Wissenschaftlern aus der Grundlagenforschung z.B. für Untersuchung der Interaktionen verschiedener Zelltypen des menschlichen Körpers oder zum Studium von Signaltransduktionsmechanismen genutzt. 

Weitere Informationen:
http://www.iws.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/mikrotechnik/mikro-biosystemtechnik.html
http://www.iws.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/mikrotechnik/mikro-biosystemtechnik/produkte_projekte/perfusions-mikrobioreaktorsystem.html
https://www.compamed.de/cgi-bin/

außerdem:
Patching, S. G. (2014): Surface plasmon resonance spectroscopy for characterisation of membrane protein–ligand interactions and its potential for drug discovery. Review. Biochimica et Biophysica Acta 1838: 43–55. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005273613001466