In vitro Modell für Knochenumbau mit Mikrofluidik
2023
Eindhoven University of Technology, Eindhoven, Niederlande
Gesunde Knochengewebe werden durch den kontinuierlichen Prozess des Knochenumbaus in einem dynamischen Gleichgewicht aufrechterhalten. Eine Störung dieses Prozesses kann zu schwerwiegenden Erkrankungen wie Osteoporose führen. Aktuell existiert jedoch noch kein umfassendes In-vitro-Modell, das den komplexen Prozess des Knochenumbaus abbilden kann.
In diesem Zusammenhang stellen mikrofluidische Chips vielversprechende Ansätze dar. Insbesondere ihre Fähigkeit zur Schaffung dynamischer Kulturbedingungen ist für die In-vitro-Bildung von Knochengewebe von entscheidender Bedeutung. In dieser Studie wurde ein neuartiges, gerüstfreies dreidimensionales mikrofluidisches Kokulturmodell präsentiert, das den Prozess des Knochenumbaus nachbildete.
Die Methode verwendete menschliche mesenchymale Stammzellen, die in die osteoblastäre Linie differenzierten und sich zu strukturiertem Knochengewebe zusammenfügten. Dieses Gewebe ähnelte in Form und Dimension den trabekulären Strukturen im menschlichen Knochen. Durch die Integration von menschlichen Monozyten konnten zudem osteoklastenähnliche Zellen erzeugt werden, die in der Lage waren, mit dem Knochengewebe zu interagieren.
Um die physiologischen Bedingungen nachzubilden, wurden computergestützte Modelle entwickelt, um die im Gewebe erzeugten Schubspannungen und Dehnungen aufgrund des Flüssigkeitsflusses zu analysieren. Darüber hinaus wurde eine Versuchsanordnung entwickelt, die es ermöglichte, die Zellen über einen langen Zeitraum (bis zu 35 Tage) auf dem Chip zu kultivieren. Diese Anordnung ermöglichte dabei Vorteile wie kontinuierlichen Flüssigkeitsfluss, minimales Risiko für Lufteinschlüsse, einfachen Austausch des Nährmediums im Brutschrank und die Option zur Echtzeit-Bildgebung lebender Zellen.
Die etablierte On-Chip-Kokultur stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Entwicklung von In-vitro-Modellen für den Knochenumbau dar. Diese Modelle werden zukünftig dazu beitragen, die Wirksamkeit von Medikamenten zu testen und ein besseres Verständnis für die zugrunde liegenden Mechanismen von Knochengewebeveränderungen zu gewinnen.
Osteogenesis and osteoclastogenesis on a chip: Engineering a self-assembling 3D coculture
M.A.M. Vis
Eingestellt am: 29.08.2023
[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S875632822300145X?via%3Dihub[2] https://www.pcrm.org/news/ethical-science/human-bone-chip-future-personalized-medicine-osteoporosis
