Forscher haben ein 3D-Organ auf einem Chip mit Blutgefäßen entwickelt, die menschliche Gelenke nachahmen. Die Entdeckung wird Forschern helfen, die Pathologie von Gelenkerkrankungen besser zu verstehen und bei der Identifizierung und Erprobung neuer Behandlungsmethoden für Arthritis zu helfen. Arthritische Gelenkerkrankungen wie rheumatoide Arthritis und Osteoarthritis sind durch eine Entzündung der Synovia gekennzeichnet, der Membran in der Gelenkhöhle, die eine viskose Flüssigkeit produziert, um das Gelenk zu schmieren und Abnutzung während der Gelenkbewegung zu verhindern. Es gibt keine andere Heilung als die Behandlung der Schmerzen und Schwellungen, die mit der schwächenden Erkrankung einhergehen.
Auf die Synovia ausgerichtete Therapien haben ein großes Potenzial zur Behandlung arthritischer Gelenkerkrankungen, es wird jedoch ein Modell benötigt, das die komplexe menschliche Physiologie genau nachbildet. Jetzt haben Forscher der Queen Mary University of London genau das getan und ein 3D-Organ auf einem Chip geschaffen, das menschliche Synoviozyten und Blutgefäßzellen enthält.
„Unser Modell ist der erste menschliche vaskularisierte Synovialchip, der mechanische Belastung nutzt und viele Schlüsselmerkmale der nativen Synovialbiologie erfolgreich nachbildet“, sagte Timothy Hopkins, einer der Co-Autoren der Studie.
Zur Optimierung der Kultur- und Versuchsbedingungen wurden zunächst eine Reihe von 2D-Zellkulturexperimenten durchgeführt, die anschließend auf das Organ-on-a-Chip-Modell angewendet wurden. Das Modell besteht aus primären menschlichen fibroblastenähnlichen Synovialzellen (hFLS), spezialisierten Synoviozyten und menschlichen Nabelschnurvenen-Endothelzellen (HUVEC), die sich zu einem funktionellen Gefäßnetzwerk entwickeln können.
Die Forscher beobachteten, dass hFLS Verhaltensmerkmale der natürlichen menschlichen Synovialschleimhaut aufwies. Beim Menschen ist die Synovia stark vaskularisiert und Kapillaren befinden sich häufig unterhalb der Intima. hFLS sondert auch einen Hauptbestandteil der Gelenkflüssigkeit ab und reagiert auf Entzündungen und mechanische Dehnungstests.
Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse das Potenzial von Synovium-on-a-Chip zeigen, Krankheitsmechanismen besser zu verstehen und neue Behandlungen für arthritische Erkrankungen zu identifizieren und zu testen, einschließlich personalisierter Organ-on-a-Chip-Modelle von Synovium und verwandten Geweben.
„Wir glauben, dass unser Synovial-on-a-Chip-Modell und die zugehörigen menschlichen Gelenkmodelle, die derzeit in unserem Labor entwickelt werden, das Potenzial haben, präklinische Tests zu verändern und die Bereitstellung neuer Behandlungen für Arthritis zu rationalisieren“, sagte Martin Knight, ein weiterer Co-Autor der Studie. „Wir freuen uns, dieses Modell mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu teilen und mit Industriepartnern zusammenzuarbeiten, um den Patienten so schnell wie möglich neue Behandlungen zur Verfügung zu stellen.“
Darüber hinaus wurde das Modell auf einer kommerziell erhältlichen Plattform entwickelt und erfordert keine Fachkenntnisse in Gerätedesign und -herstellung, sodass es für den breiten Einsatz geeignet ist.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Biomedical Materials veröffentlicht.