Ein von der Universität Bath geleitetes Projekt hat 500.000 Pfund für die Entwicklung eines einzigartigen „Organ-on-Chip“-Geräts gesichert, das Verbindungen zwischen Gehirn, Darm und Bauchspeicheldrüse nachbildet. Das GlucoBrain-Projekt wird es Forschern ermöglichen, zu verfolgen, wie sich Signale zwischen den Organen bewegen, und herauszufinden, warum Diabetes zu Veränderungen im Gedächtnis und in der Wahrnehmung führen kann.
Die Studie wird von weltweit führenden Experten für Lab-on-Chip-Technologie in Bath in Zusammenarbeit mit der University of Oxford und der Johns Hopkins University geleitet. Ihre Erkenntnisse könnten den Weg für neue Behandlungen ebnen, um das Leben von Millionen Menschen zu verbessern, die an Diabetes, Demenz oder beidem leiden.
Diabetes und Alzheimer sind zwei der drängendsten Gesundheitsprobleme weltweit, insbesondere in alternden Gesellschaften. Während allgemein bekannt ist, dass Diabetes das Herz, die Nieren und die Augen beeinträchtigt, gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass er auch mit Gedächtnis-, Lern- und Gehirnfunktionsstörungen zusammenhängt. Allerdings sind die biologischen Mechanismen hinter diesem Zusammenhang noch immer kaum verstanden.
Dr. Despina Moschou, die Leiterin des Projekts, sagte: „Unser Darm, unsere Bauchspeicheldrüse und unser Gehirn kommunizieren ständig über ein Netzwerk von Signalen und helfen uns, Hunger und Blutzucker zu regulieren. Wir verstehen jedoch immer noch nicht vollständig, wie diese Signale auf zellulärer Ebene interagieren und warum der Glukosespiegel mit einem kognitiven Verfall zusammenhängt.“
Indem wir ein vernetztes System auf einem Chip schaffen, können wir in Echtzeit untersuchen, wie Signale zwischen Organen übertragen werden, wie Diabetes die Gehirnfunktion beeinträchtigen kann und wie neue Medikamente helfen könnten.“
Dr. Despina Moschou, Universität Bath
Aufbau eines Multiorganmodells
Die meisten aktuellen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Diabetes und Demenz stammen aus Tierversuchen, einfachen Zellkulturen und Patientenstudien. Obwohl diese nützlich sind, erfassen sie nicht alle komplexen Wechselwirkungen zwischen unseren Organen, Hormonen und Zellen vollständig und genau.
Bei der Organ-on-Chip-Technologie werden lebende menschliche Zellen in Miniaturgeräten verwendet, die die Funktionsweise von Organen im Körper nachahmen. Im Gegensatz zu Zellkulturen, die in einer Petrischale gezüchtet werden, ermöglichen diese Geräte ein dreidimensionales Wachstum der Zellen, eine kontrollierte Versorgung mit Nährstoffen und eine natürlichere Interaktion. Erstmals können Forscher auch diese einzelnen Organe und Zelltypen isolieren, um genau zu verstehen, wie sie auf molekularer Ebene kommunizieren.
Das dreijährige Projekt startet im Oktober und bringt Ingenieure, Kliniker, Biologen und Informatiker zusammen, um die komplexen Krankheitsinteraktionen zu modellieren. Das Team wird zunächst einzelne Chipmodelle für Darm, Bauchspeicheldrüse und Gehirn entwickeln und diese anschließend zu einem Multiorgansystem verbinden. Sie werden die Komplexität schrittweise erhöhen und messen, wie jedes Organ auf Glukose, Hormone und verschiedene medikamentöse Behandlungen reagiert.
Forscher der Universität Oxford werden klinisches Kernwissen zu Diabetes und Stoffwechselerkrankungen bereitstellen und sicherstellen, dass die Modelle physiologisch genau sind. Das Team der Johns Hopkins University bringt Fachwissen über die Alzheimer-Krankheit und Gehirnorganoide mit.
Zukunftspotenziale erschließen
GlucoBrain ist ein Pilotprojekt, das Forschern dabei helfen soll, genau zu verstehen, wie Krankheiten wie Diabetes und Demenz auf einer tieferen, biologischen Ebene wirken. Diese frühe Forschung wird die Grundlagen für noch fortschrittlichere und realistischere Modelle schaffen und mehr Organe und Zelltypen zusammenführen. Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit künstlicher Intelligenz haben die Geräte das Potenzial, neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Krankheiten entstehen und sich entwickeln.
Dr. Moschou fuhr fort: „Diese Geräte würden uns nicht nur eine beispiellose Möglichkeit bieten, Krankheiten zu untersuchen, sondern sie könnten auch dazu beitragen, die Entdeckung und Prüfung von Medikamenten zu beschleunigen, die Abhängigkeit von Tiermodellen zu verringern und die Ergebnisse für den Menschen relevanter zu machen. Langfristig könnten sie den Weg für eine personalisierte Medizin ebnen, bei der die eigenen Zellen eines Patienten verwendet werden, um die wirksamste Behandlung zu ermitteln.“
Das Projekt wird durch die Health Technologies Connectivity Awards des Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) finanziert.
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