Exercise-on-a-Chip - Entwicklung eines trainierbaren humanen Skelettmuskel-on- a-Chip Modells zur besseren Untersuchung metabolischer Fragestellungen

01.06.2022 bis 01.06.2023

Typ-2-Diabetes (T2D) ist eine weltweite Zivilisationskrankheit mit über 450 Millionen Betroffenen. Regelmäßige körperliche Aktivität, also Training, führt zu einer Verbesserung der Insulinsensitivität und Glukosetoleranz. Skelettmuskeln machen nicht nur ca. 40% des gesamten Körpergewichts aus und sind bei Training das meistbeanspruchte Organ, sondern sind außerdem für 85% der insulinabhängigen Glukoseaufnahme zuständig. Als wichtiger Regulator der metabolischen Kontrolle des Körpers schüttet der Skelettmuskel bei Training sogenannte Exercise-Faktoren aus, die systemisch Einfluss auf andere für die glykämische Kontrolle relevante Organe wie z.B. die Leber nehmen. Um solche systemischen Zusammenhänge untersuchen zu können, bedient man sich heutzutage zwei stark limitierter Modelle. Die Zellkultur primärer humaner Zellen ist meist auf ein bis zwei Zelltypen in unphysiologischen Kulturbedingungen beschränkt ohne 3D Struktur oder Zirkulationssystem. Gängige Mausmodelle erlauben das Zusammenspiel mehrerer Organsysteme jedoch einhergehend mit ethischen Beschränkungen und limitierter Übertragbarkeit der Ergebnisse auf das humane System. Ziel dieses Projekts ist es daher die Vorteile dieser Systeme, ohne deren Limitierungen, zu vereinen. Im Projekt Exercise- on-a-Chip steht die Entwicklung eines humanen Skelettmuskels auf einem Chip im Vordergrund. Dieser wird, basierend auf primären humanen Myoblasten und daraus differenzierten Myotuben in einem perfundierbaren System durch elektrische Stimulation trainierbar sein, mit variablen Modalitäten, um verschiedenen Trainingsformen zu simulieren. Die Verwendung individueller primärer Skelettmuskelzellen bietet hierbei optimale Bedingungen zur Nutzung für precision-medicine Ansätze. Das perfundierbare Chip-Design erlaubt nachfolgend die Kombination mit weiteren Organ-on-a-chip Modellen wie Leber, Pankreas oder Fettgewebe. Das Projekt soll in Kooperation mit Prof. Peter Loskill, Leiter des μOrgano-Lab und 3R Center Tübingen, als Experte für Organ-on-a- chip Modelle realisiert werden. Die hier beantragte Anschubfinanzierung soll die Kosten für die benötigten Entwicklungs- und Etablierungsversuche decken, um Fragestellungen wie Chip-Design und -Herstellung, Kultivierbarkeit der primären humanen Myoblasten, und Differenzierbarkeit in 3D Kultur sowie in perfundierbaren Chips zu beantworten.