Die Seidenraupe im Labor: wie man Knochenmark druckt + test

Inhalt

• Woher die Blutplättchen kommen
• Ein Drucker, der mit Seide druckt
• Zu hart, um echt zu sein
• Warum ausgerechnet Seide
• Vom Institut zum Start-up
• Eine Tinte, die die Farbe wechselt
• Was hat ein Studierender davon?
• Zusammenfassung
• Fünf Fragen: Hat das Seidenknochenmark noch Geheimnisse vor dir? (Test)

⇑Woher die Blutplättchen kommen

Wenn du dich schneidest, reagiert dein Körper blitzschnell: Er bildet Blutplättchen, die die Blutgerinnung fördern. Gesteuert wird dieser Prozess von Megakaryozyten – riesigen Zellen, die im Knochenmark sitzen. Sie sorgen dafür, dass es nicht an Blutplättchen fehlt, wenn sie gebraucht werden.

Das Problem: Dieser Mechanismus funktioniert nicht immer, wie er soll. Leukämie, Virusinfektionen oder Blutkrankheiten können ihn stören, und dann ist die Patientin oder der Patient anfälliger für Verletzungen. Um wirksame Arzneimittel zu finden, muss die Forschung gut verstehen, was im Knochenmark passiert. Und dafür braucht sie ein verlässliches Modell.

⇑Ein Drucker, der mit Seide druckt

Hier kommt das Projekt SILKink ins Spiel, das vom Europäischen Innovationsrat finanziert wurde. Sein Team hat einen Biotinten-Drucker entwickelt, der Seide als Ausgangsmaterial verwendet. Das Gerät stellt dreidimensionale Knochenmarkmodelle her, die anschließend mit lebenden Zellen besiedelt werden können.

An solchen Modellen lassen sich Knochenerkrankungen untersuchen und Blutplättchen ex vivo herstellen, also außerhalb des Körpers. Dieser innovative Fortschritt könnte die medizinische Forschung in Europa erheblich voranbringen und zu maßgeschneiderten Arzneimitteln sowie personalisierter Medizin führen – ein zentrales Ziel der EU4Health-Strategie.

Projektkoordinatorin ist Alessandra Balduini vom Institut für molekulare Medizin der Universität Pavia in Italien. Sie sagt: „Das Ziel des Projekts bestand darin, mithilfe von Seidentinte zu ermitteln, ob wir dieses System zur Erforschung von Arzneimitteln nutzen können“.

⇑Zu hart, um echt zu sein

Balduini und ihr Team entwickeln seit Jahren Knochenmarkmodelle und verbessern dabei sowohl deren Mechanismen als auch die klinischen Aspekte. Sie wissen also genau, wo das Problem liegt. Jede Biotinte muss eine ausreichende Struktur gewährleisten, damit sich Megakaryozyten differenzieren können. Bestehende Modelle haben sich dabei bewährt, doch sie haben einen Mangel: Sie sind nicht weich genug, um Knochenmarkgewebe realistisch nachzubilden.

Das ist keine Kleinigkeit. Wenn die Struktur nicht einwandfrei nachgebildet wird, geraten die Zellen unter Stress und werden geschädigt, wodurch sich ihre DNS verändert. Das überdeckt die Wirkung der erprobten Arzneimittel und erschwert die Identifizierung wirksamer Behandlungen.

⇑Warum ausgerechnet Seide

Die Forscherinnen und Forscher setzten auf eine Naturfaser aus den Kokons domestizierter Seidenraupen. Für diesen Zweck hat Seide mehrere Stärken:

• sie ist flexibel,
• sie ist unglaublich fest,
• sie eignet sich als effektives Medium zur Verabreichung von Arzneimitteln,
• sie ergibt ein Material, das weich und zugleich beständig ist – und damit dem echten Knochenmarkgewebe näherkommt.

Das Ergebnis? In solch einer Umgebung fühlen sich die Zellen wie zu Hause. Balduini erklärt: „Da wir das Knochenmark nachbilden, befinden sich die Zellen in einer Art physiologischem Zustand, in dem weniger DNS-Schäden, weniger Stress und weniger Entzündungen auftreten. Auf diese Weise kann die Wirkung eines Arzneimittels in einem realen System untersucht werden“.

⇑Vom Institut zum Start-up

Eines der wichtigeren Ergebnisse des Projekts ist das Start-up-Unternehmen Silk4B. Die Firma kommerzialisiert die fortgeschrittenen 3D-Knochenmarkmodelle des Teams und die damit verbundenen Produkte auf Seidenbasis. Sie werden weltweit an Fachleute aus der Forschung und Wissenschaft sowie an Arzneimittelunternehmen verkauft.

„Wir bieten Forscherinnen und Forschern die Möglichkeit, für ihre Versuche Knochenmarkmodelle zu nutzen, auf die sie sich wirklich verlassen können“, betont die Koordinatorin.

⇑Eine Tinte, die die Farbe wechselt

Das Team will es dabei nicht belassen. Die Biotinte kann inzwischen ihre Farbe ändern, wodurch sich Veränderungen im System leichter erkennen lassen. Parallel wird an einer Seidenknochenmarkplattform gearbeitet, die die Massenproduktion von Blutplättchen für Transfusionen ermöglichen soll.

Die Forschenden untersuchen auch weitere Anwendungsmöglichkeiten ihrer Modelle, zum Beispiel die Kultivierung von Patientenzellen und die Beobachtung, wie diese auf Arzneimittel reagieren. Sie hoffen, dass das System letztlich in der klinischen Praxis zum Einsatz kommt – auch wenn es bis dahin voraussichtlich noch ein paar Jahre dauern wird.

⇑Was hat ein Studierender davon?

Diese Geschichte zeigt gut, wie nah beieinander verschiedene Fachgebiete heute liegen. Da sind Zellbiologie, Arbeit mit Materialien, 3D-Druck, Arzneimittelforschung und am Ende das Geschäft. Aus einer Idee an einem Universitätsinstitut wurde ein Unternehmen, dessen Produkte in Laboren auf der ganzen Welt landen.

Wenn du Biotechnologie, Medizin, Pharmazie oder Biomedizintechnik studierst, solltest du dir eines merken: Ein gutes Forschungsmodell ist oft genauso wichtig wie das Arzneimittel selbst. Ohne es lässt sich kaum ehrlich prüfen, ob eine Therapie wirkt.

⇑Zusammenfassung

Das Projekt SILKink der Universität Pavia hat eine Biotinte aus Seide geschaffen, mit der sich dreidimensionale Knochenmarkmodelle drucken lassen. Sie sind weich und fest, bilden das echte Gewebe also besser nach und setzen die Zellen weniger unter Stress. Sie dienen der Erforschung von Knochenerkrankungen, dem Testen von Arzneimitteln und der Herstellung von Blutplättchen und werden vom Start-up Silk4B verkauft. Auf die klinische Anwendung muss man jedoch noch ein paar Jahre warten.

⇑Fünf Fragen: Hat das Seidenknochenmark noch Geheimnisse vor dir? (Test)