HepaChip, ein neuartiges, künstliches in vitro Sinusoid-Modell für das pharmakologische Screening an humanen Leberzellen

Bereits in frühen Phasen der Arzneimittelentwicklung ist es wichtig, aussagekräftige Ergebnisse über die pharmakologische Wirksamkeit neuer Substanzen zu erhalten. Bisher eingesetzte 2D-Zellkulturen erfüllen diese Anforderung nur bedingt, da organotypische Verhältnisse unzureichend abgebildet werden. Tierische Kulturen können durch spezies-bedingte Unterschiede, zu falschen Vorhersagen führen. Auch Leberschnittkulturen, sind durch die geringe Reproduzierbarkeit nur bedingt geeignet. Das neue HepaChip Testsystem basiert auf organotypischen Leberzellkulturen, bei der die Auswahl und Zusammensetzung der Zellen, Mikrostrukturen und extrazellulärer Matrix eng an die in vivo Bedingungen angelehnt ist. Ermöglicht wird dies durch das spezifische Design des Chips, die Nutzung kryokonservierter humaner Leberzellen (Hepatozyten, mikrovasculare Endothelzellen und Ito-Zellen), durch eine gerichtete Assemblierung der Zellen und durch die Möglichkeit der hydrodynamischen Perfusion des Systems. Damit sollte der HepaChip ein geeignetes Modell darstellen, um verschiedene Arzneimittel in vitro erfolgreich zu testen oder andere in vivo-nahe Untersuchungen an Leberzellen durchzuführen.

In einem Mikrofluidikchip (HepaChip) werden Hepatozyten und Endothelzellen durch dielektrophoretische und hydrodynamische Kräfte so angeordnet, dass eine sinusoid-ähnliche Struktur entsteht. Ein neu entwickeltes Oberflächenbeschichtungsverfahren hilft dabei, nur bestimmte Bereiche mit Matrix zu beschichten, so dass die Zellen dort adherieren können. Zum leichteren Nachweis werden die Zellen kurz vor Ihrem Einsatz mit Calcein angefärbt. Die in Dielektrophorese-Puffer aufgenommenen Hepatozyten werden, durch das elektrische Feld und auf Grund der hydrodynamischen Strömung, gezielt an die Stege des HepaChips angelagert. Anschließend werden die Endothelzellen an die Hepatozyten assembliert. Aufnahmen belegen, dass die gerichtete Assemblierung gelingt und die Zellen nur auf den Stegen haften.

Dielektrophorese - Endothelzellen - Hepatozyten - Lebermodell - Sinusoid - human