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Wo "Hardcore-Biologie" auf Ingenieurwissenschaft trifft

Die Mischung macht‘s: Bei der Nachbildung der körpereigenen „Blut-Hirn-Schranke“ wird an der HFU instituts- und fakultätsübergreifend geforscht

Ein Paradebeispiel der interdisziplinären Zusammenarbeit verschiedener Forschungsbereiche an der Hochschule Furtwangen ist die Forschung an der so genannten „Blut-Hirn-Schranke“. Sowohl das Institut für Technische Medizin als auch das Institut für Mikrosystemtechnik verbinden dafür ihr Fachwissen, oder, wie Prof. Dr. Margareta Müller, deren Labor in der Fakultät „Medical and Life Sciences“ beheimatet ist humorvoll über sich und ihren Kollegen Prof. Dr. Ulrich Mescheder von „Mechanical and Medical Engineering“ sagt: „Wir sind die Kombination aus Hardcore-Biologie und echter Ingenieurwissenschaft!“

Blut-Hirn-Schranke erschwert Medikamentenforschung

Die Ausgangslage zu den Forschungsarbeiten ist auch für Laien sehr nachvollziehbar.  „Es geht um Medikamente, und wo diese wirken. Über den Blutkreislauf werden Stoffe durch den ganzen Körper transportiert. Manche davon will man aber wirklich nicht im Gehirn haben“, beschreibt Prof. Müller anschaulich. Damit sich aus den Blutbahnen im Kopf keine unerwünschten Stoffe bis ins Gehirn vorarbeiten können, verfügt der menschliche Körper über einen physiologischen Schutz: eine verdichtete Barriere zwischen Gefäß und umliegendem Gewebe, die sogenannte  „Blut-Hirn-Schranke“. „Das ist vermutlich ein evolutionärer Vorteil“, überlegt Müller, „wenn nicht jeder Giftstoff direkt im Zentralen Nervensystem landet“. Doch umgekehrt sollen und müssen manche Medikamente gerade bis ins Gehirn, beispielweise um dort Epilepsie oder Tumore zu bekämpfen – müssen also eine solche Schranke überwinden können.

Bevor Prof. Dr. Margareta Müller zur Hochschule Furtwangen kam, forschte sie am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Für die inspirierende Zusammenarbeit mit Expertinnen und Experten verschiedenster anderer Fachgebiete wechselte die Biologin zur HFU. „In der Krebsforschung sind meist Tierzellen im Einsatz“, berichtet sie. An der HFU arbeitet man dagegen hauptsächlich mit humanen Zellen – „was gut ist, denn letztlich weichen tierische doch immer ein wenig von menschlichen Zellen ab“, so Müller. Also müssen sich die Forschenden neuartige Wege ausdenken, wie trotzdem erprobt werden kann, Medikamenten den richtigen Weg in das Gehirn von Erkrankten zu weisen. Zum Einsatz kommen hier komplexe Zell- und Gewebemodelle und mikrofluidische Systeme.

Modellsysteme als Lösung

Für das Modell der Blut-Hirn-Schranke tüfteln also die Ingenieure mit Prof. Mescheder an einer hauchdünnen Wandstruktur (aus Silizium-Säulen), die quasi gleichzeitig durchlässig und undurchlässig sein soll. Prof. Müller ist mit ihrem Team für die Zellen zuständig, die sich darauf ansiedeln, für entsprechende Nährlösungen und Hydrogele. Die künstliche Blut-Hirn-Schranke ist auf einem vielversprechenden Weg. Wie bei der körpereigenen Lösung ist die besondere „Dichtigkeit“ durch Veränderungen im elektrischen Widerstand messbar, wenn Substanzen durch die verschiedenen Kanäle des Barrieresystems geleitet werden. Die Forschungsarbeiten werden wohl noch über mehrere Jahre laufen, schätzt Prof. Müller, die sich nun ganz auf die Herausforderung des nächsten Schritts konzentriert: „Wir müssen jetzt bloß noch die Zellen überzeugen, dass sie im Modell so kooperieren wollen, wie sie es für ein exaktes Replika der Barriere sollen“, lacht sie.