Junge Bioingenieure treiben die biomedizinische Forschung mit menschlichen Zellen voran

Die zwei Young 3Rs Investigators Awards 2026 erhalten Blandine Clément für ihre Arbeit über die Behandlung chronischer Schmerzen und Amanzhol Kurmashev für seine Arbeit zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen. Die zwei Bioingenieure arbeiten aktuell in unterschiedlichen Forschungsgruppen an der ETH Zürich. Beide nutzten Systeme aus menschlichen Stammzellen, um ihre Forschung tierversuchsfrei zu gestalten und zugleich deren Relevanz für die Humanmedizin zu erhöhen.

Schmerz neu definiert: Durchbruch ermöglicht Einblicke in den menschlichen Schmerz ohne Tierversuche

Dr. Blandine Clément, Forscherin an der ETH Zürich und bei Novartis, definiert die Schmerzforschung mit einer auf menschlichen Zellen basierenden „Pain-on-a-Chip“-Plattform neu. Das System ermöglicht es Forschenden, komplexe Schmerzmechanismen ohne Tierversuche zu untersuchen, und bietet damit einen ethisch vertretbareren und klinisch relevanteren Ansatz zum Verständnis der Schmerzmechanismen beim Menschen.

Das Modell nutzt aus menschlichen Stammzellen gewonnene sensorische Neuronen, um Schlüsselelemente des sensorischen Signalwegs nachzubilden. Diese Zellen werden zu einem miniaturisierten, vernetzten System kombiniert, das es Forschenden ermöglicht, Schmerzprozesse zu untersuchen und potenzielle Therapien unter kontrollierten Bedingungen zu testen. Es integriert mehrere menschliche Zelltypen, darunter Neuronen, Hautzellen und Schwann-Zellen. Die innovative Plattform hat bereits das Interesse von Partnern aus Wissenschaft und Industrie geweckt. „Es ist sehr motivierend zu sehen, dass das Modell die Aufmerksamkeit von Kooperationspartnern auf sich zieht, die bereit sind, neue Ansätze zu wagen“, sagt Dr. Clément. Das System ermöglicht es Forschenden, Schmerzmechanismen entlang des gesamten menschlichen sensorischen Signalwegs vollständig in vitro und ohne Tiergewebe zu untersuchen. Alle Zellen im Modell sind menschlichen Ursprungs. „Natürlich ist es noch ein langer Weg, bis diese Art von Humanmodell vollständig für die Arzneimitteltestung und -entwicklung übernommen wird“, sagt sie, „aber dies ist eine gemeinsame Anstrengung.“

Mit Blick auf die Zukunft hofft Dr. Clément, dass die fortgesetzte Zusammenarbeit und die Einführung humanbasierter Methoden den Ersatz von Tiermodellen beschleunigen und die Umsetzung von Forschungsergebnissen in Patientenbehandlungen verbessern werden.

Neugestaltung der Infektionsforschung mit menschlichen Gewebemodellen

Dr. Amanzhol Kurmashev, Forscher an der ETH Zürich und Mitglied des NCCR-AntiResist-Konsortiums, entwickelt neue mikrofluidische Technologien, die es Forschenden ermöglichen, bakterielle Infektionen in menschlichen Gewebemodellen in Echtzeit zu untersuchen. Seine Arbeit geht zentrale Herausforderungen in der Infektionsforschung an, indem sie physiologisch relevantere Experimente ermöglicht und gleichzeitig die Abhängigkeit von Tiermodellen verringert.

Im Mittelpunkt seiner Arbeit steht eine Plattform, die das weit verbreitete Transwell-Filtersystem für Zellkulturen mit dynamischer mikrofluidischer Steuerung und hochauflösender Bildgebung erweitert. Dies ermöglicht es Forschern, unter kontrollierten, für den Menschen relevanten Bedingungen zu beobachten, wie Krankheitserreger in Gewebe eindringen und auf Therapien reagieren. „Meine Arbeit schliesst diese Lücke, indem sie das bekannte Transwell-Format zu einem fortschrittlichen mikrophysiologischen System weiterentwickelt“, sagt Dr. Kurmashev und betont dabei, wie wichtig es ist, technische Leistungsfähigkeit mit der Zugänglichkeit für den alltäglichen Laborbetrieb zu verbinden.

Die Plattform unterstützt zudem die Prinzipien Ersatz und Reduktion“ im Rahmen der 3R-Richtlinien. Durch den Abbau technischer Hürden und den Aufbau auf etablierten Arbeitsabläufen bietet sie Laboren eine praktische Möglichkeit, Infektionsprozesse zu untersuchen und Therapien in vitro zu bewerten. Wie Dr. Kurmashev anmerkt: „Die Entwicklung von Technologien zur Förderung menschenrelevanter Alternativen zu Tiermodellen ist kein Nischenvorhaben, sondern eine Priorität, in die die Fachgemeinschaft bereit ist zu investieren.“ Er fügt hinzu: „Die wirkungsvollste Technologie ist die, die von meinen Kollegen leicht übernommen werden kann.“