Blutgefäße sind komplexe Systeme mit Kurven, Verzweigungen und Verengungen, ähnlich einem urbanen Straßennetz. Doch in Labormodellen wurden sie bisher meist als einfache, gerade Strukturen dargestellt. Forscher der Abteilung für Biomedizinische Technik an der Texas A&M University haben nun eine innovative Gefäßchip-Methode entwickelt, die die komplexe Architektur menschlicher Blutgefäße realistisch nachbildet. Diese Technologie ermöglicht eine präzisere Untersuchung von Gefäßerkrankungen und bietet eine Plattform für die Arzneimittelentwicklung ohne Tierversuche. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Lab on a Chip veröffentlicht und zieren die Titelseite der Mai-Ausgabe 2025.
Gefäßchips sind mikrofluidische Geräte, die das menschliche Gefäßsystem auf mikroskopischer Ebene simulieren. Sie können patientenspezifisch gestaltet werden, um Blutfluss und Gefäßerkrankungen zu untersuchen sowie Medikamente zu testen. Jennifer Lee, Masterstudentin der Biomedizintechnik, entwickelte im Labor von Dr. Abhishek Jain einen fortschrittlichen Gefäßchip, der reale Gefäßstrukturen wie Verzweigungen, Aneurysmen oder Verengungen nachbildet. Diese Strukturen beeinflussen die Blutströmung und die Scherspannung, die auf die Gefäßwände wirkt, was für die Entstehung von Krankheiten entscheidend ist.
Die Forschung fand im Bioinspired Translational Microsystems Laboratory statt, geleitet von Jain, einem außerordentlichen Professor. Lee baute auf der Arbeit von Dr. Tanmay Mathur auf, der zuvor einen geraden Gefäßchip entwickelt hatte. Der neue Chip ermöglicht es, komplexe Gefäßstrukturen mit echten Zellen und Geweben zu kombinieren, um die Entstehung von Gefäßerkrankungen realitätsnah zu studieren. Derzeit verwendet das Modell Endothelzellen, die die Innenauskleidung der Gefäße bilden. Zukünftig sollen weitere Zelltypen integriert werden, um die Wechselwirkungen zwischen Zellen und Blutfluss noch genauer zu analysieren.
Lee, die über das Fast-Track-Programm der Universität in die Forschung eingestiegen ist, zeigte Ausdauer und Kreativität. Das Programm fördert Studierende, indem es ihnen ermöglicht, innovative Projekte bis zur Veröffentlichung zu bringen. Neben wissenschaftlichen Erkenntnissen erwarb Lee praktische Fähigkeiten wie Teamarbeit und Kommunikation, die sie durch die Zusammenarbeit mit Doktoranden und Postdocs im Labor entwickelte. Sie betont die Bedeutung des inspirierenden Forschungsumfelds an der Fakultät.
Die Weiterentwicklung des Gefäßchips zielt darauf ab, die sogenannte vierte Dimension der Organ-on-a-Chip-Technologie zu erschließen, indem Zellinteraktionen und Blutfluss in komplexen Gefäßarchitekturen untersucht werden. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Medizin, insbesondere für die Erforschung von Gefäßerkrankungen und die Entwicklung neuer Therapien. Die Forschung wurde unter anderem vom U.S. Army Medical Research Program, der NASA, den National Institutes of Health und der National Science Foundation finanziert.
Revolution in der Medizin: Gefäßchip ahmt komplexe Blutgefäße nach
Diese bahnbrechende Technologie markiert einen Wendepunkt in der biomedizinischen Forschung und könnte die Zukunft der personalisierten Medizin maßgeblich prägen.
