Neues Projekt der Knochengruppe: µTARDIS greift nach den Sternen
Was passiert mit unserem Skelett, wenn die Schwerkraft wegfällt? Astronaut:innen verlieren im All pro Monat bis zu zwei Prozent ihrer Knochenmineraldichte – deutlich mehr als der altersbedingte Verlust auf der Erde. Mikrogravitation wirkt wie eine biologische „Zeitmaschine“: biologische Abbau- und Alterungsprozesse, die sonst Jahre dauern, laufen plötzlich in wenigen Wochen ab.
Hier setzt das neu bewilligte FFG BRIDGE Projekt „Microgravity Bone Simulation on a 3D Printed Microfluidic Chip“ (µTARDIS) an. Die Knochenregenerations-Gruppe am LBI Trauma freut sich über die Förderung des dreijährigen Projekts, das gemeinsam mit der FH Oberösterreich von Jaroslaw Jacak geleitet und von Regina Brunauer biologisch verantwortet wird. Projektpartner ist die Lindinger Fischer OG.
Im Zentrum steht die Entwicklung einer wiederverwendbaren Bone-on-a-Chip-Plattform, die es erlaubt, Knochenzellen langfristig unter nahezu schwerelosen Bedingungen zu kultivieren und zu beobachten. Herzstück des Systems ist ein 3-Achsen-Gyroskop, dessen Rotationsbewegung die Effekte der Schwerkraft weitgehend ausgleicht. Kombiniert wird dies mit einer integrierten Mikrofluidik zur präzisen Versorgung mit Nährmedien und zur Analyse freigesetzter Faktoren sowie mit Echtzeit-Bildgebung für kontinuierliche Live-Aufnahmen der Zellen.
Kultiviert werden humane mesenchymale Stromazellen aus dem Knochenmark auf hochauflösend 3D-gedruckten keramischen und proteinbasierten Gerüsten. Diese werden mittels Multiphotonen-Lithografie gefertigt und erlauben es, Geometrie, Steifigkeit und Zell-Matrix-Interaktionen gezielt zu steuern und ein möglichst naturnahes Modell des Knochens zu simulieren. So lassen sich die komplexen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Knochenzelltypen besser abbilden als in herkömmlichen Zellkulturen. Innovativ ist dabei nicht nur die Untersuchung von Zellen in Mikrogravitation, sondern auch der Langzeit-Charakter der Plattform. Während viele bestehende Organ-on-a-Chip-Systeme als kurzlebige Einwegprodukte konzipiert sind, erlaubt µTARDIS die kontinuierliche Beobachtung von Knochenumbauprozessen unter kontrollierten Weltall-Bedingungen.
Das Ziel: molekulare und zelluläre Reaktionen unter simulierter Mikrogravitation systematisch zu untersuchen, Langzeitkulturen mit kontinuierlichem Monitoring zu ermöglichen und Erkenntnisse sowohl für die Raumfahrtmedizin als auch für irdische Erkrankungen zu gewinnen. Denn beschleunigter Knochenabbau im All spiegelt Prozesse wider, die auch bei Osteoporose, Gelenksverschleiß oder längerer Bettlägerigkeit auftreten.
Langfristig könnte die Plattform für Wirkstofftests und mechanistische Studien genutzt werden. Damit stärkt das Projekt die Rolle Österreichs in der biomedizinischen Forschung an der Schnittstelle von Materialwissenschaft, Biologie und Raumfahrtmedizin. Und erlaubt durch die Simulation einer biologischen „Zeitmaschine“ auch wertvolle Erkenntnisse für irdische Erkrankungen.
