3D-printet hjertechip kan afløse forsøgsdyr
I organchips kan ny medicin testes på levende, menneskeligt væv. Så slipper biotek-firmaer for at bruge forsøgsdyr. Men en ny 3D-printet hjertechip kan man eksempelvis måle på et mini-hjerte, mens det banker.

De levende hjerteceller slår rytmisk i hjertechippen, og med de indbyggede sensorer kan forskerne, hvor kraftigt hjertevævet trækker sig sammen. (Video: Harvard University) 

De levende hjerteceller slår rytmisk i hjertechippen, og med de indbyggede sensorer kan forskerne, hvor kraftigt hjertevævet trækker sig sammen. (Video: Harvard University) 

Hvis man skal forudsige, hvordan en ny medicin virker på mennesker, skal den testes på menneskeligt væv. Det kan man nu gøre i en chip, før man tester medicinen på et menneske.

Historien kort
  • En 3D-printet chip med indbyggede sensorer kan måle på levende hjertevæv
  • Mange andre organer kan modelleres i chips med væv fra mennesker
  • Fremtiden kan bringe 3D-printede organer og hele mennesker-på-chips, hvilket vil kunne vise, hvordan de forskellige organer samarbejder og påvirker hinanden

Senest har forskere fra Harvard University i USA 3D-printet en chip, der kan måle hjertemuskulaturers reaktion.

Printeren sprøjtede seks forskellige materialer ud med stor præcision, og resultatet var en chip med otte kamre, komplet med indbyggede sensorer, der kan måle, hvordan hjertevæv reagerer.

Hvert af kamrene kan rumme et lille stykke hjertevæv, der kan udsættes for forskellige medikamenter. Med chippen kan man måle præcist, hvor kraftigt og hvor hurtigt vævet trækker sig rytmisk sammen, som de jo også gør det i et rigtigt hjerte.

Sensorer overvåger mini-hjertet

»Vi har over de sidste fem-ti år udviklet modeller af den menneskelige hjertemuskulatur, som vi nu kan holde i live i laboratoriet i over en måned,« fortæller danske Johan Ulrik Lind, der er postdoc på Wyss Institute, der er en del af Harvard University i USA.

3D-printet hjertechip

Hver chip har otte kamre, hvor de levende hjerteceller organiserer sig, så de ligner rigtigt hjertevæv. (Foto: L. K. Sanders (Lewis Lab), M. Rosnach, J. U. Lind (Disease Biophysics Group)/Harvard University)

»Derfor vi har udviklet en ny type hjertechip med integrerede sensorer, som hele tiden fortæller, hvor kraftigt hjertevævet slår, og med hvilken rytme.«

Johan Lind er førsteforfatter på en videnskabelig artikel om den 3D-printede hjertechip. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Nature Materials.

Chips med små organer

På Wyss Institute er de eksperter i at designe biologisk inspirerede mikrofysiologiske systemer – såkaldte organer-på-chips (organs-on-chips).

I en organchip gælder det om at efterligne det miljø, som cellerne befinder sig i i menneskekroppen, så man så at sige skaber små organer med samme funktion og struktur som i kroppen.

Udviklingen inden for stamceller har gjort, at det i dag er ren rutine at dyrke en lang række celler ud fra hudceller. Med de mikrofysiologiske systemer bliver det muligt at manipulere cellerne, så de organiserer og opfører sig, som de ville gøre i kroppen.

3D-printer til hjertechip

En særlig 3D-printer byggede hjertechippen ud af seks forskellige materialer. (Foto: L. K. Sanders/A. D. Valentine, Lewis Lab på Harvard University)

»Vi er blevet bedre til at bygge menneskeligt væv i laboratoriet. Nu vil vi gerne bruge vævet til noget nyttigt, for eksempel til at udvikle ny medicin. Med vores teknologi kan man meget tidligt teste, om ny medicin er effektivt og er fri for uheldige bivirkninger. Vi kan studere adskillige væv kontinuerligt og over lang tid,« siger Johan Lind og fortsætter:

»Vi satte os for at bygge chippen udelukkende ved hjælp af en 3D-printer, da design og fabrikation af mikrofysiologiske systemer ofte kan være meget tidskrævende. For at gøre dette muligt, måtte vi udviklede nye materialer, også nye sensormaterialer, der kunne printes og placeres med mikrometer-præcision. Nu kan vi designe og fremstille mikrofysiologiske systemer med integrerede sensorer meget hurtigere, end det var muligt før.«

Tilsæt blot celler

Selve hjertecellerne bliver ikke 3D-printet. De skal tilføjes bagefter, og så finder de selv på plads, fortæller Johan Lind:

»Vi har printet mikrostrukturer, som hjælper cellerne til at organisere sig på samme måde som i hjertet. De danner væv, der ligner hjertemuskulaturen. Så med vores chips skal man blot tilsætte hjerteceller, når man har brug for at teste.«

»Ingen vil påstå, at vores model beskriver hele hjertet med alle dets facetter. Men den beskriver en vigtig del af hjertet, nemlig den ventrikulære muskulatur, der er central for pumpefunktionen og dermed en kritisk del af fysiologien.«

De små hjertemuskler på chippen kan pumpe i ugevis, og det er vigtigt, hvis man skal måle langtidseffekter af medicin.

Organ-chips har mange anvendelser

Hjertet er ikke det eneste organ, som forskerne forsøger at efterligne på en chip. Alene på Wyss Institute har forskerne også udviklet organchips med celler fra hud, tungen, lunger, tarme, nyrer, knoglemarv og hjernen.

Det smarte ved organchips er blandt andet, at de kan mindske brugen af forsøgsdyr. Det giver god mening at benytte realistiske miniaturemodeller af menneskelige organer frem for at teste på mus eller rotter, når man skal teste effekten og bivirkninger af medicin til mennesker.

Hjertevæv

Med mikroskop kunne forskerne sikre sig, at hjertecellerne arrangerede sig på samme måde, som de gør i et rigtigt hjerte. (Mikroskopi: J. U. Lind/F. S. Pasqualini, Disease Biophysics Group, Harvard University)

Organchips kan således gøre det hurtigere, lettere og billigere for biotek-firmaer at teste ny medicin, men de kan også bruges til at teste effekten af giftstoffer, der findes i miljøet eller i maden.

Bruger man en patients egne celler, kan mikrofysiologiske systemer desuden bruges til at finde, præcis den medicin og den dosis der virker bedst for den enkelte patient.

»Et par studier har for nyligt demonstreret, at man kan studere hjertet hos en patient med specifikke genfejl ved at lave en hjertemodel ud fra patientens hudceller. Dette gør det principielt muligt at teste og skræddersy behandling til en specifik patient. Det bliver nok ikke allemandseje lige foreløbigt, men teknologien er i hvert fald på vej,« siger Johan Lind.

Organ-chip kan producere blodplader

En chip, hvor biologiske funktioner efterlignes, kan også bruges til at producere stoffer eller celler, som kroppen har brug for, på samme måde som kroppen selv gør det.

For eksempel har franske forskere konstrueret en chip, der kan producere blodplader. Det er blodplader, der regulerer blodets evne til at koagulere, og forskerne håber, at chippen kan bruges til produktion af boldplader til patienter med blodplademangel (trombocytopeni).

Teknologien har store perspektiver, og også i Danmark arbejdes der på den, ikke mindst på Institut for Mikro- og Nanoteknologi på Danmarks Tekniske Universitet (DTU Nanotech).

Imod et menneske-på-en-chip

»Vi 3D-printer også systemer, som celler kan placeres på. Og vi er begyndt på også at printe cellerne direkte. Vi er faktisk ved at ansætte en person, som skal bygge en 3D-printer, der først printer 'stilladset' og bagefter printer celler på eller i strukturen,« siger professor Jenny Emnéus fra DTU Nanotech.

»Med små kanaler i 3D-strukturen kan vi efterligne blodkar og hele tiden forsyne cellerne med næringsstoffer og ilt og transportere affaldsstoffer væk. Det betyder, at man kan bygge relativt store strukturer, uden at cellerne dør. Det arbejder vi på.«

Forskerne regner med, at mange forskellige organchips på et tidspunkt kan sættes sammen til et helt menneske-på-en-chip.

»Så får vi en model af, hvordan de forskellige organer samarbejder og påvirker hinanden,« fortæller Jenny Emnéus, der også regner med, at det i fremtiden kan blive muligt at dyrke og printe hele organer, der kan transplanteres til syge mennesker.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.