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aus Heft 05/2016 Technik

Dieser Chip simuliert einen Menschen

Von Dirk Gieselmann  Fotos: Andy Kania

In einem Berliner Hinterhof arbeiten Wissenschaftler daran, den menschlichen Organismus im Maßstab 1:100 000 darzustellen. Das Jahrhunderprojekt könnte Tierversuche überflüssig machen.


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Unten im Labor, in einem klimatisierten Glaskasten, liegt ein schwangerer Mikrochip. Er trägt die Zellen einer menschlichen Plazenta, die zwei Kreisläufe miteinander verbindet: Mutter und Kind im Maßstab 1:100 000. Und eine Etage darüber, in der Gemeinschaftsküche, essen die Wissenschaftler fröhlich Hackbraten. Mittagspause bei den Frankensteins?

Das dann doch nicht. Der falsche Hase wird bei TissUse serviert, einem Berliner Biotechnologieunternehmen, das an einem menschlichen Kleinstorganismus forscht. Daran sollen in naher Zukunft medizinische und kosmetische Wirkstoffe getestet werden – eine Vielzahl von Tierversuchen soll im besten Fall überflüssig sein. Und offenbar essen selbst Forscher, die womöglich im Begriff sind, Millionen von Kreaturen vor einem Leben in Qual zu bewahren, gern mal ein Stück Fleisch. Man muss ja nicht gleich alles als Metapher deuten, aber engstirnig sind sie nicht, die Leute von TissUse. »Jemand Nachschlag?«, fragt die Laborantin, die heute mit dem Bekochen des Kollegiums dran war. Ein junger Mann mit grün gefärbten Haaren, der ein T-Shirt einer amerikanischen Punkband unterm weißen Kittel trägt und dessen Namensschild ihn als Biotechnologen ausweist, langt noch mal kräftig zu. Mit Soße.

TissUse, ein Kofferwort aus tissue und use, lässt sich etwas frei mit »nützliches Gewebe« übersetzen. Das Unternehmen ist eine Ausgründung der Berliner Technischen Universität und hat seinen Sitz in der Gustav-Meyer-Allee im Wedding. Hier, inmitten eines gräulichen Konglomerats von Wohnhäusern des späten Brutalismus, befindet sich das alte AEG-Gelände. Im Herzen der einstigen Elektropolis Berlin wurde um 1900 der Haartrockner erfunden und die erste Schnellbahn auf die Strecke gebracht. Heute haben sich hier Frank Kubiks Reifenservice und die Massagepraxis Top-Physio angesiedelt, auch die Deutsche Welle hat Räume gemietet. Und ganz hinten, in einem leidlich instand gehaltenen Seitengebäude, vor dem Mülltonnenpavillons und Familienkombis stehen, arbeiten seit gut fünf Jahren etwa 25 Wissenschaftler an einem wahren Jahrhundertprojekt: Der Mensch wird auf den Maßstab 1:100 000 verkleinert. Es soll nichts weniger entstehen als der »Human On A Chip«, der Organismus in einem mikrofluidischen Kreislauf. Das geschieht unter der Leitung von Uwe Marx, einem hemdsärmeligen 51-Jährigen mit Fuchslächeln und funkelndem Blick, der es so eilig hat, dass man ihn, wie sich noch herausstellen wird, nur im Laufschritt befragen kann. Ein ausführliches Interview wird erst nach diesem Tag im Wedding möglich sein, per E-Mail. Dann weilt Marx schon auf einem Kongress in den USA.

Das Projekt, das Marx so vehement und pausenlos vorantreibt, klingt tatsächlich, als wäre hier ein moderner Prometheus am Werk, wie ihn sich die Schauerautorin Mary Shelley ausgedacht haben könnte. Fast zehn Jahre ist es her, dass Uwe Marx eine Gruppe befreundeter Professoren in sein Wohnzimmer einlud, um ihnen von seiner Vision zu erzählen: Er wolle, offenbarte er den Kollegen bei Kaffee und Kuchen, einen Labordummy bauen, mit dem Tierversuche ersetzt werden könnten. Obwohl Marx damals schon einen künstlichen Lymphknoten entwickelt hatte, runzelten die Forscher ihre von Berufs wegen ohnehin schon gerunzelten Stirnen noch ärger: Das ist, lieber Herr Doktor Marx, wenn überhaupt, eines fernen Tages möglich, unseren Enkeln vielleicht. Doch 2012 stellte Marx einen Dummy mit zwei Organen – Leber und Haut – vor, an dem bereits Substanzen getestet wurden. Der erste Schritt auf dem Weg zum Human On A Chip.

»Dit is'n Reißer, dit kann die Welt verändern!«, ruft Marx noch über den engen Flur seines Weddinger Laboratoriums, dann huscht er wehenden Kittels in ein Budget-Meeting, denn er ist hier nicht nur Wissenschaftsvorstand, sondern auch Geschäftsführer. Später wird er aus den USA schreiben: »Bitte entschuldigen Sie meine Eile beim Termin neulich, aber man hat keine Zeit zu verlieren, wenn man mit jedem Tag, den man eher fertig ist, umso mehr Tieren ein Leben in Qual ersparen kann.« So schön das klingt, so langsam muss man sich das mal erklären lassen: Einen menschlichen Organismus auf ein Hunderttausendstel zu verkleinern – wie geht das denn? Und wohin führt es? Die Laborleiterin von TissUse, Alexandra Lorenz, übernimmt das gern. Sie ist eine resolute, dabei aber durchaus geduldige Frau, was eine höchst seltene Mentalität zum Vorschein bringt: Berliner Freundlichkeit. »Guten Tag erst mal«, sagt sie und macht einen ironischen Knicks. Zudem beherrscht sie die unter Forschern so wenig verbreitete Sendung-mit-der-Maus-Sprache: Auch Laien verstehen annähernd, worum es geht.

Lorenz führt jetzt ein Modell des Chips vor. Erste Erkenntnis: Das ominöse Ding sieht, anders als erwartet, nicht aus wie ein Mikroprozessor aus dem Heimcomputer – es handelt sich vielmehr um einen Plexiglasquader von der Größe eines Mobiltelefons, aus dem rote Schläuche baumeln. Die zu einem Miniaturorganismus zusammengeschalteten Gewebeproben ruhen auf einer Sili-konschicht im Inneren dieses Quaders. Nährflüssigkeit und Sauerstoff zirkulieren in einem herzschlagähnlichen Rhythmus durch das System, per Luftdruck angetrieben über die roten Schläuche. An der Unterseite ist eine batteriebetriebene Heizung angebracht, die das Organmodell bei konstanten 37 Grad Celsius hält.

Das alles kommt einem, wenn Alexandra Lorenz es ganz bedächtig erklärt, beinahe so simpel vor, als hätte es ein talentierter Hobbybastler aus seinem Fischertechnik-Baukasten zusammensetzen können. Zwar war es ein durchaus weiter Weg von den Bioreaktoren, mit denen Uwe Marx in den Neunzigerjahren experimentierte und die noch die Ausmaße eines Beistellschranks hatten, bis zur jetzigen Miniatur. »Aber die Konstruktion an sich ist kein Hexenwerk«, sagt auch Lorenz. Das Geheimnis liegt vielmehr darin, die Bedingungen, die im Körper bestehen, so genau wie möglich zu simulieren, um Testergebnisse zu erzielen, die auf den Menschen übertragbar sind. Man muss dazu in langwierigen Experimenten die richtige Zusammensetzung der Nährlösung finden, des Äquivalents zum Blut also, und den mechanischen Stress nachstellen, dem ein Organ in natura ausgesetzt ist, beim Darm etwa die peristaltische Bewegung, bei der Haut die Schuppung, beim Knochen die Last des Körpergewichts. »Man braucht einen grünen Daumen für die Zellkultur«, sagt Lorenz, als spräche sie von heiklen Zimmerpflanzen.

Dabei handelt es sich ja um so viel mehr: um einen auf einen Chip gebannten menschlichen Körper. Mindestens zehn Organe sollen, das ist das Ziel von TissUse, insgesamt miniaturisiert und zu einem Stoffwechselsystem zusammengeschaltet werden, bislang sind es bis zu vier – zum Beispiel Haut, Leber, Darm und Niere. Sie reagieren laut den Forschern in gleicher Weise auf Einflüsse von außen wie ein echter Mensch, auch und vor allem auf Wirkstoffe, die ihm verabreicht werden, Medikamente etwa oder Kosmetika: Die mikroskopisch kleine Hautpartie reagiert sensibel, wenn sie eine Creme nicht verträgt, Stoffe fließen von der Mini-Leber zur Mini-Niere und zeigen dort ihre Wirkungen und Nebenwirkungen; auch ein kranker Organismus kann simuliert und seine Heilung erprobt werden.

Noch werden für solche Testreihen allein in Deutschland pro Jahr etwa drei Millionen Wirbeltiere eingesetzt, Kaninchen, Ratten, Katzen, Hunde, Pferde, Esel, Schweine, Rinder, Ziegen, Schafe, Affen – Tendenz immer noch steigend. Derzeit errichtet das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin-Buch zwei neue Zuchtanlagen, die Gesamtkosten betragen 61 Millionen Euro. Kritiker sprechen von der »Hauptstadt der Tierversuche«. Die leidvolle Existenz der Kreaturen endet in einem Container für totes organisches Material oder in der Abdeckerei. Im Fachjargon: Sie werden verbraucht.

Tierversuche gelten als ethischer Makel der Wissenschaft, spätestens seit die Tierschutzorganisation PETA 1981 das Foto eines zu neuronalen Testzwecken in ein Metallgestell gespannten und dabei ganz offenbar Höllenqualen leidenden Makaken veröffentlichte, der als »Silver Spring Monkey« traurige Berühmtheit erlangte. Laut einer Umfrage der Europäischen Koalition zur Beendigung von Tierversuchen befürworten mittlerweile 89 Prozent der Deutschen ein Verbot aller Experimente, die mit schweren Schmerzen für die Tiere einhergehen. Ohne Experimente an Hunden jedoch hätten Oskar Minkowski und Josef von Mering 1889 nicht die Funktion der Bauchspeicheldrüse verstanden und so Fortschritte in der Diabetes-Therpie ermöglicht. Auch der Kampf gegen Diphtherie, Gelbfieber, Kinderlähmung, Typhus oder Malaria geht auf Tests an Wirbeltieren zurück. Sogar der geknechtete Makake von Silver Spring verhalf dem Psychologen Edward Taub, der von PETA mit Klagen wegen Tierquälerei überzogen wurde, zu bahnbrechenden Erkenntnissen in der Behandlung von Schlaganfallpatienten. Und da es auch immer noch keine validierten, also für die Praxis zugelassenen Alternativmethoden gibt, bleibt der Tierversuch in weiten Teilen der Wissenschaft vermutlich lange noch der Goldstandard.

Dabei sind beileibe nicht alle Untersuchungsergebnisse ohne Weiteres übertragbar. Viele Substanzen reagieren – wegen der unterschiedlichen Stoffwechselprozesse – im menschlichen Organismus ganz anders als bei Tieren. Eine Studie hat belegt, dass etwa Asbest bei Ratten erst in einer dreihundertfach höheren Dosis krebserregend wirkt. Auch Medikamente, die aufgrund von Testreihen an Tieren für sicher gehalten wurden, haben sich als schädlich für den Menschen erwiesen. So scheitern heute noch neun von zehn Präparaten, die zunächst Heilung ohne Nebenwirkungen versprachen, in klinischen Studien. Das führt nicht zuletzt zu horren-den Entwicklungskosten: Bei einem neu zugelassenen Medikament betragen sie etwa 2,5 Milliarden Dollar.

All das kann sich ändern, verspricht nun TissUse, zumindest wenn dem von Meeting zu Meeting eilenden Uwe Marx nicht die Kräfte und die Gelder ausgehen. 2018 wollen er und sein Team den Human On A Chip fertigstellen, bei dem viele Wirkstoffe wesentlich zuverlässiger und damit günstiger erprobt werden können. »Die Technologie wird ungeahnte Heilungsraten an Patienten erlauben und hochwirksame Arzneimittel deutlich kostengünstiger machen«, schreibt Marx in einer weiteren nachträglichen Mail aus den USA. »Damit werden diese dann idealerweise auch für alle Patienten auf der Welt verfügbar – nicht nur für die zahlungskräftigen.«

Es wird jedoch dauern, bis die neuartige Technik angewendet werden darf: Die Validierung eines künstlichen Organs – der dokumentierte Beweis der Praxistauglichkeit, wie ihn die EU-Richtlinien vorgeben – dauert bis zu zehn Jahre. Mehrere Labore müssten es in einem aufwendigen Verfahren unabhängig voneinander testen und dabei zu gleichen Ergebnissen kommen. Bei einem Zehn-Organ-Chip würde das ein Jahrhundert Wartezeit bedeuten. Eindeutig zu lange, nicht nur für den eiligen Marx. »Ich bin 51 Jahre alt, werde maximal 100«, schreibt er aus den USA, »und möchte diesen Effekt der Technologie für meine fünf Kinder und meine hoffentlich 25 Enkel noch miterleben.« Hinter diesen Satz hat er einen Smiley gehängt, vielleicht, weil ihm so viel Pathos als Wissenschaftler doch etwas unheimlich ist.

Auch der Pharma- und Kosmetikindustrie kann es nicht schnell genug gehen. Würde die Fehlentwicklungsquote bei Wirkstoffen nur von 9:10 auf 8:10 sinken, würden sich die Kosten schon halbieren. Zudem hofft man, mit Hilfe von Multi-Organ-Chips zu verhindern, dass Medikamente, die sich beim Tier als wirkungslos oder schädlich erweisen, aussortiert werden, obwohl sie dem Menschen möglicherweise helfen. Möglich, dass mit Hilfe des Human On A Chip ein ganzer Schatz von zu Unrecht verbannten Wirkstoffen aus den Giftschränken gehoben würde. Und: Es müssten wesentlich weniger Labortiere gezüchtet werden, die im Dienst der Forschung leiden und sterben. Um sie zu retten, würde man ihnen ihre Existenz ersparen. Sofern TissUse nicht zu viel verspricht. Es gibt durchaus Kritiker, die meinen, die Ziele von TissUse seien unrealistisch, niemals könne ein Human On A Chip die Tierversuche ersetzen. Uwe Marx dagegen ist überzeugt: »Es ist ein Paradigmenwechsel in der Arzneimittelentwicklung, den ich mit jedem Tag, an dem ich langsam und unkonzentriert herumlaufe, unnötig verzögere.«

Seine Getriebenheit steht im verblüffenden Gegensatz zur Gemütsruhe, die in den Räumen seines Unternehmens herrscht. Man wähnt sich eher im naturwissenschaftlichen Trakt eines kleinstädtischen Gymnasiums: Periodentafeln an den Wänden, daneben in asymmetrischer Tesafilmhängung ausgedruckte Tabellen und Postkarten aus dem Urlaub. Herumstehende Kaffeetassen künden mit ihren ausgeblichenen Logos von längst vergangenen Kongressen oder erzählen die üblichen Arbeitnehmerwitze: Es gibt viel zu tun, heften wir es ab.

Reyk Horland sitzt in seinem Büro, das er sich mit zwei Kollegen teilt. Bei TissUse ist er für Business Development, Marketing und Öffentlichkeitsarbeit zuständig und damit das Sprachrohr seines Chefs Uwe Marx. Seinen Doktortitel hat Horland in Biotechnologie gemacht und in seiner wissenschaftlichen Laufbahn genau ein Tier getötet, es war eine Maus bei einer Sektion im Studium. »Da habe ich gemerkt: Das muss ich wirklich nicht haben. Und dann habe ich mich der Arbeit mit Zellkulturen gewidmet«, sagt er und guckt so traurig, als dächte er immer noch oft an sie, die arme Maus.

Nun arbeitet Horland womöglich maßgeblich an der Rettung von Millionen von Mäusen, allerdings ohne dabei seinerseits in Eile zu verfallen. »Natürlich denken wir alle daran, was der Human On A Chip bewirken wird«, sagt er. »Aber das darf keinen Stress verursachen. Das Wichtigste ist, dass wir ein ordentliches Produkt abliefern, das sofort angewendet werden könnte.« Dabei ist Improvisationsgeist gefragt – und der ist womöglich die große Tugend von TissUse, diesem illustren Gespann aus einem rastlosen Chef und seinen Mitarbeitern, die mit buddhistischem Gleichmut Nährlösung in Reagenzgläser träufeln, bis beim tausendsten Versuch endlich die Mischung entsteht, in der die Zellkultur überleben kann. Gerade einmal sechs Millionen Euro aus Fördertöpfen und privater Hand hat Marx für sein Projekt aufgetrieben. Die Büroräume sind winzig, die Schreibtische uneinheitlich, AOK-Sitzbälle blockieren die Türen, die Raufasertapete blättert.

Der diskrete Charme des Desolaten darf allerdings nicht darüber hinwegtäuschen, dass das Unternehmen weltweit führend ist. Marx und Horland sind frohen Mutes, dass der Human On A Chip fertig sein wird, bevor ihr US-Kollege Donald Ingber vom Wyss-Institut in Harvard mit seiner Technik soweit ist, die nicht baugleich ist, aber auf einem ähnlichen Prinzip beruht. Ingber verfügt über 400 Mitarbeiter, 250 Millionen Dollar und ein nagelneues Institut in Boston. Unklar ist, ob die Amerikaner nur zivile Ziele verfolgen. Das US-Militär ist an der Finanzierung beteiligt, und tatsächlich könnte ein miniaturisierter Organismus auch in Kriegsgebieten eingesetzt werden: als passives Kampfmittel, um die Atemluft oder das Trinkwasser auf Kontaminationen zu untersuchen. Oder als aktives, indem etwa Nervengase entwickelt werden, die nur bestimmte Ethnien schädigen.

Bei TissUse möchte man sich dazu nicht kritisch äußern. Die fruchtbare Zusammenarbeit mit den Amerikanern stehe im Vordergrund, heißt es. Eines jedoch schließen die Weddinger Forscher aus: dass der Labordummy je denken und fühlen kann. »Ein leidender Chip wäre ein schlechter Ersatz für Labortiere«, sagt Reyk Horland. Man muss also kein Mitleid haben, nicht einmal mit dem schwangeren Mikrochip unten im Labor. Aber kümmern muss man sich schon um ihn. Die junge Wissenschaftlerin, die den Chip betreut, hört sich im Kollegenkreis um, wer ihn am Wochenende füttern könne, weil sie selbst diesmal leider keine Zeit habe. Als handelte es sich um einen kleinen Hund, der zwei Tage ohne sein Frauchen auskommen muss.
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Dirk Gieselmann

Als Uwe Marx erfuhr, dass der Autor hauptberuflich für das Fußballmagazin 11FREUNDE arbeitet, scherzte er: Vielleicht werde es eines Tages einen Mikrochip geben, der kicken könne. Gieselmann hat sich für den Fall der Fälle schon mal als Spielerberater angeboten.

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