Eine neue Ära der Forschung zur Darmgesundheit durch technologische Fortschritte
Aus der Forschung, die von den EU-finanzierten Projekten EUROoC, SONGBIRD und ExpoBiome unterstützt wurde, ist eine wichtige Entwicklung in der Forschung zur Darmentwicklung hervorgegangen. Forschende aus Luxemburg und Schweden haben eine Methode erarbeitet, mit der die Darmbarriere mit einem Darm auf Chip System auf der Plattform Human Microbial Crosstalk (HuMiX) besser überwacht werden kann. Die Innovation stellt eine neue Möglichkeit dar, zu erforschen, wie Probiotika, Nahrungsbestandteile und Arzneimittel sich auf die Darmbarriere auswirken. In einem Artikel in „Microsystems & Nanoengineering“ heißt es, dass die Forschenden der Universität Luxemburg und der Uppsala Universität in Schweden erfolgreich mehrere flexible Elektroden in das Darm auf Chip HuMiX-System integriert haben. Die Technologie des Darm auf Chip basiert auf Mikrofluidik und Zellbiologie und wurde kreiert, um die Struktur, Funktion und Mikroumgebung des menschlichen Darms nachzubilden. Insbesondere kann die Darmgesundheit erforscht und die Reaktion der Darmbarriere auf verschiedene Stimuli untersucht werden, ohne die ethischen Fragen zu Tierversuchen aufzuwerfen. Mit der Innovation werden einige Probleme mit vorherigen Designs überwunden, sodass es dank dem von der EU unterstützten Team jetzt möglich ist, die Bildung der Darmbarriere in Echtzeit und mit unvergleichlicher räumlicher Auflösung zu beobachten. Mit der Methode sind räumlich aufgelöste Echtzeitmessungen mit Verfahren wie dem transepithelialen elektrischen Widerstand möglich, über das Daten zur Integrität der Darmbarriere generiert werden.
Innovative Fabrikation
Die Forschenden haben einen neuen Fabrikationsprozess vorgestellt, bei dem dünnschichtige Metallelektroden auf flexible Substrate aufgebracht werden. Diese werden dann nahtlos in die HuMiX-Plattform integriert, sodass ein Aufbau entsteht, mit dem die Barrierebildung, Störung und Wiederherstellung eingehend beobachtet werden kann. Außerdem können die einzelnen Abschnitte des Zellkulturbereichs bestimmt werden. „Die strategische Platzierung der Elektroden ist auf das komplexe Design der Plattform abgestimmt, um zuverlässige und genaue Daten zu gewährleisten“, heißt es in einer Pressemitteilung auf „EurekAlert!“. „Mit Impedanzspektroskopie werden die Daten aufgewertet, um Messungen auf verschiedenen Frequenzen zu ermöglichen.“ Das Forscherteam hat die Wirksamkeit des Systems nachgewiesen, indem es die Barrierebildung einer krebsartigen Epithelzelllinie in Echtzeit aufgezeichnet hat. Die Forschenden kommentieren zur Bedeutung ihres Erfolgs: „Mit dieser Technologie kann die Funktion der Darmbarriere erheblich besser in Echtzeit beobachtet werden, um Erkenntnisse zu den komplexen Wechselwirkungen zwischen Epithelzellen im Darm und dem Mikrobiom zu erhalten. Das ist ein großer Schritt auf dem Weg zu personalisierter Medizin und der Formulierung gezielter Maßnahmen bei Darmerkrankungen.“ EUROoC (Interdisciplinary training network for advancing Organ-on-a-chip technology in Europe) und SONGBIRD (SOphisticated 3D cell culture scaffolds for Next Generation Barrier-on-chip In vitro moDels) endeten 2023. Das Projekt ExpoBiome (Deciphering the impact of exposures from the gut microbiome-derived molecular complex in human health and disease) läuft bis Oktober 2025. Weitere Informationen: EUROoC-Projektwebsite Projekt SONGBIRD Projekt ExpoBiome
Schlüsselbegriffe
EUROoC, SONGBIRD, ExpoBiome, Darm, Human Microbial Crosstalk, Darm auf Chip, Darmbarriere, Elektrode