Pressemeldung


Erstes Bio-Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke

14. Februar, 2018

Pressemeldung des IIT- Italienisches Institut für Technologie, Genua (Italien), 08. Februar 2018

Wissenschaftler am IIT (Istituto Italiano di Tecnologia) stellten ein maßstabsgetreues Modell der Blut-Hirn-Schranke her. Diese anatomische, funktionale Struktur schützt das zentrale Nervensystem vor externen Substanzen, z.B. Krankheitserregern, aber somit auch vor den Wirkstoffen von Medikamenten, die intravenös in den Körper injiziert werden. Das Modell besteht aus einer Kombination von künstlichen und biologischen Komponenten. Es soll der Erforschung neuer therapeutischer Methoden zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke sowie zur Behandlung von Gehirnerkrankungen, wie z.B. Tumoren dienen.

image.png Bild 1: IIT_Cell Scaffold_Blood Brain Barrier
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Bild 2: IIT_Cell Scaffold_Blood Brain Capillary

Die Studie wurde von Gianni Ciofani (Forscher am IIT in Pontedera (Pisa) und Professor am Politecnico di Torino) koordiniert und hat im Rahmen des Forschungsprojektes SLaMM zum Ziel, neue Nanotechnologien zur Behandlung von Gehirnerkrankungen zu entwickeln. Das Projekt wird vom European Research Council (ERC) gefördert.

Dieses erste künstlich hergestellte Nano-Hybrid Modell wurde kürzlich im wissenschaftlich renommierten Magazin Small auf dem Innen-Cover vorgestellt: Es handelt sich dabei um ein mikrofluidisches System, welches sowohl aus künstlichen Komponenten, die mittels modernster 3D-Mikrofabrikations-Technik hergestellt wurden, als auch aus biologischen Komponenten in Form von Endothelzellen (flache Zellen, welche die Innenseite der Blutgefäße auskleiden) besteht.

Die künstlich hergestellten Komponenten, die sich durch höchste Präzision und Submikrometerdetails auszeichnen, wurden mit der zukunftsweisenden 3D-Druck-Technologie von Nanoscribe realisiert. Durch einen laserlithografischen Prozess auf Basis der Zwei-Photonen-Polymerisation werden dabei lichtempfindliche Materialien Lage für Lage belichtet und ausgehärtet. Dank dieser einzigartigen Fabrikations-Technik waren die Wissenschaftler in der Lage, aus einem flüssigen Fotolack ein akkurates Modell der Blut-Hirn-Schranke in realer Größe zu drucken. Mit einer Nachahmung der Gehirn-Kapillaren besteht das Modell aus einem mikrofluidischen System von 50 parallelen zylindrischen Kanälen, welche durch Abzweigungen verbunden sind und Poren auf den Zylinder-Wänden aufweisen. Jede der rohrförmigen Strukturen hat einen Durchmesser von 10 µm und Poren mit einem Durchmesser von 1 µm, welche gleichmäßig auf alle Zylinder verteilt sind. Nach der Herstellung der komplexen, gerüstartigen Polymer-Strukturen wurden Endothelzellen rund um das poröse Mikrokapillar-System kultiviert. Es entstand ein biohybrides System indem sich die Zellen über die 3D-gedruckte Struktur legten und so eine biologische Barriere bildeten – ähnlich dem natürlichen Modell.

Dieses erste Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke ist nur wenige Millimeter groß, Flüssigkeiten können mit dem gleichen Druck hindurchfließen wie es bei Blut durch Blutgefäße der Fall ist. Der Prototyp wurde auf Basis eines hochkomplexen multidisziplinären Konzeptes entwickelt, bestehend aus Mikro- und Nanofabrikations-Kompetenzen, Modellierung und Mikrofluid-Dynamik.

Künftig werden Forscher das Modell nutzen, um die Interaktion von Wirkstoffen und ihrer Abgabe mittels Nano-Vektoren zu verstehen. Die Blut-Hirn-Schranke soll überwunden werden, um das zentrale Nervensystem anzusprechen. Das Hauptziel ist dabei die Entwicklung neuer therapeutischer Methoden zur Behandlung von Gehirntumoren und anderer Gehirnerkrankungen wie z.B. Alzheimer und Multiple Sklerose.

Bildunterschriften (© A.Marino, Smart-Bio-Interfaces, IIT Pontedera):
Bild 1: REM-Vergrößerung einer einzelnen 3D-gedruckten porösen Röhrenstruktur eines nachgebildeten natürlichen mikrofluidischen Systems, die mit einem Nanoscribe Gerät hergestellt wurde.
Bild 2: Das 1:1 Modell der Blut-Hirn-Barriere besteht aus 3D-gedruckten polymeren Röhrenstrukturen sowie umgebende Endothelzellen, die eine biologische Barriere bilden.

www.iit.it