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Mini-hearts Platte.
Swetha Siva im Labor.
Makoto Hara im Labor.
Wissenschaftler im Labor.
Handkolorierte Rasterelektronenmikroskopaufnahme (REM) der Herzmuskulatur von Martin Oeggerli.
Novartis Mini-Herzen Platte.
Lucas Goguen im Labor.
Gordon Turner im Labor.
Vipender Singh und Savannah Moore im Labor.
Novartis Mini-Herzen Platte.
Novartis Mini-Herzen Platte.

Möglich geworden sind Organoide wie Miniherzen, Minigehirne oder Mininieren durch die Entwicklung der induzierten pluripotenten Stammzellentechnologie (iPSC).

Das vom japanischen Forscher Shinya Yamanaka entwickelte Verfahren, für das er den Nobelpreis erhielt, ermöglicht es den Wissenschaftlern, herkömmliche Zellen in Stammzellen umzuwandeln, die sich zu allen anderen möglichen Zellen entwickeln können.

Die Arbeit an der Miniherzplattform begann 2016 bei Novartis, die eine Reihe von Organoidplattformen betreibt. Ein funktionsübergreifendes Team von Novartis-Wissenschaftlern unter der Leitung von Swetha Siva ...

... und Makoto Hara entwickelte die erste Miniherzplattform. Auslöser war ein Projekt, bei dem die Plattform für die Arbeit an einem Ziel benötigt wurde, das mit klassischen Modellen nicht zu erreichen war.

Der Prozess zur Herstellung von Miniherzen oder anderen Organoiden beginnt damit, dass menschliche Hautzellen mit einem Cocktail von Wirkstoffen in ihr embryonales Stadium zurückversetzt werden. Die so entstandenen Zellen lassen sich dann in jeden anderen Zelltyp umprogrammieren, etwa in Herzmuskelzellen, die sich zu Miniherzen entwickeln. Joe Wamstad und sein Team arbeiteten daran, die Produktion der Herzzellen zu industrialisieren.

Das Bild zeigt eine handkolorierte Rasterelektronenmikroskopie (REM) des Herzmuskels von Martin Oeggerli (Micronaut). Es entstand in Zusammenarbeit mit Makoto Hara und Lucas Goguen von Novartis Biomedical Research, dem Universitätsspital Basel, der School of Life Sciences und der Fachhochschule Nordwestschweiz.

Nach diesem Schritt werden die Miniherzen in Vertiefungen auf einer Testplatte gelegt und können durch Anlegen von Strom zum Schlagen angeregt werden.

Die Bewegung der Zellen wird aufgezeichnet, um das Verhalten der Miniherzen zu verstehen. Je nach Präparat schlagen die Zellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Gordon Turner und Lucas Goguen arbeiteten mit Ingenieurskollegen in Cambridge (Andrew Brady) und San Diego (Scott Hammack) zusammen, um das System robuster zu machen und den Durchsatz zu erhöhen.

Turner arbeitete überdies mit Kollegen in San Diego zusammen, um die Daten zu erfassen und sie mithilfe von KI zu analysieren.

2019 verstärkten die Biochemiker Vipender Singh und Savannah Moore die Plattform durch das Einbeziehen von Fibroblastenzellen, damit die Miniherzen länger halten.

Die aktuelle Version der Plattform ermöglicht die automatische Analyse einer Testplatte mit 96 Vertiefungen. Die derzeit getestete nächste Version der Plattform ermöglicht die Analyse einer Platte mit 384 Vertiefungen in weniger als 20 Minuten. Das ist ein Quantensprung im Vergleich zu den Anfängen, als eine Kamera nur eine Vertiefung aufzeichnen konnte, was Stunden dauerte.

Die Plattform ermöglicht es den Forschern heute nicht zuletzt, mehr über die Biologie des Herzens zu erfahren. Dies trägt auch zur Reduktion des Bedarfs an Tierversuchen bei.