Unsere ForscherInnen an der MUI: Michael Ausserlechner
Im Rahmen der Serie „Unsere ForscherInnen an der MUI“ werden engagierte WissenschafterInnen der Medizinischen Universität Innsbruck vor den Vorhang geholt. Ihre Gemeinsamkeit: Sie betreiben seit Jahren erfolgreich medizinische (Grundlagen-)Forschung – das belegen zahlreiche wissenschaftliche Publikationen sowie die Einwerbung von Drittmitteln – und sind mit ihrem Wissen in der Lehre tätig*.
Diesmal portraitieren wir Michael Ausserlechner. Der Mikrobiologe interessiert sich neben molekularen Mechanismen der Tumorentstehung auch für die Entwicklung neuer maschineller Hilfsmittel für die Zellforschung.
Rapid Prototyping, 3D-Druck und Bioprinting: Das sind die großen Leidenschaften von Michael Ausserlechner. Der in Innsbruck promovierte und habilitierte Mikrobiologe leitet das Molekularbiologische Forschungslabor an der Universitätsklinik für Pädiatrie I (Leitung: Thomas Müller). In seiner wissenschaftlichen Arbeit geht es ihm vor allem darum, die molekularen und zellulären Prozesse, die insbesondere kindlichen Tumorerkrankungen zugrunde liegen, besser zu verstehen. Den Schwerpunkt seiner Arbeit bildet dabei der Transkriptionsfaktor FOXO3, der eine wesentliche Rolle bei Zelltod und Stress/Therapie-Resistenz, z.B. beim Neuroblastom, einer Krebserkrankung im Kindesalter, spielt. Im Rahmen eines internationalen FWF-Projektes versucht er gemeinsam mit Partnern aus der Tschechischen Republik, Substanzen zu identifizieren, die mit dem DNA-bindenden Bereich von FOXO3 interagieren und die transkriptionelle Aktivität dieses Proteins modulieren. Dabei setzt er mit seinem Team insbesondere auf neue, künstliche Gewebestrukturen.
Kinderspielzeug als Inspiration
Geeignete und für seine Fragestellungen passende Gewebestrukturen können jedoch noch nicht bei privaten Biotech-Unternehmen gekauft werden. Daher hat Ausserlechner damit begonnen, mit einem 3D-Biodrucker, diese Modelle selbst zu entwickeln und herzustellen. „Schon vor einigen Jahren habe ich mir privat einen 3D-Drucker für zu Hause gekauft. Damit habe ich dann für meine Tochter Schienen für ihre Spielzeugeisenbahn ausgedruckt, natürlich ganz nach Wunsch der Auftragsgeberin in Rosa“, erläutert er schmunzelnd. Das ursprüngliche private Vergnügen wurde bald auch beruflich eingesetzt: Ausserlechner befasste sich immer mehr mit den Möglichkeiten des Rapid Prototyping und begann, im Labor benötigte Kleinteile, wie Halterungen für Reagenzbehälter auszudrucken. „Zugegeben, 3D-Druck ist ein bisschen wie Lego spielen für Erwachsene, wobei man sich die Steine selbst entwirft. Aber wir haben bei uns im Labor die Erfahrung gemacht, dass man viele Kleinteile mit einem 3D-Drucker schnell und günstig herstellen kann. Deshalb sind wir dazu übergegangen, wesentlich kompliziertere Systeme, wie mikroprozessor-gesteuerte Zellkultur-Bioreaktoren, Perfusionssysteme für 3D-biogedruckte Gewebe oder Elektrospinning-Geräte zu entwickeln, die speziell auf unsere biologischen Fragestellungen abgestimmt sind.“
Elektro-Spinning und 3D Bioprinting: Künstliche Gewebestrukturen
3D Biodrucker und durch Elektrospinning hergestellte Membranen eröffnen für mikrobiologische und medizinische Forschungsfragen und Experimente unheimlich vielversprechende und innovative Möglichkeiten: „Statt Druckertinte verwenden wir eine visköse Flüssigkeit, etwa Gelatine, angereichert mit verschiedenen Peptiden. Durch ein elektrisches Feld werden die Tropfen in die Länge gezogen und feinste Fasern herausgerissen, sodass unser Elektro-Spinning-Gerät eine feine Faserschicht oder eine haardünne Membran produziert. Dennoch handelt es sich dabei um eine poröse Struktur mit großer Oberfläche an der sich Zellen anhaften und in die sie hineinwandern können“, erklärt Ausserlechner das Prinzip der Herstellung künstlicher Nährmembranen, die für Forschungsexperimente eingesetzt werden können. „Mit 3D Biodruckern können wir weiter in die dritte Dimension gehen und Mikrometer- bis Millimeter-hohe Gewebestrukturen, wie eine künstliche Haut aus lebenden Zellen drucken. Zugegeben, es handelt sich bei den so geschaffenen Gewebestrukturen noch immer um künstliche Systeme. Die Bedingungen für die Zellen sind jedoch denen im Körper viel ähnlicher, als bei Züchtung in einer sterilen Petrischale. Und im Gegensatz zu Tierexperimenten, kann man diese Bedingungen auch genauer kontrollieren und steuern.“
Weniger Tierversuche
Eine große Hoffnung, die Michael Ausserlechner gemeinsam mit vielen Forschenden teilt, ist die Möglichkeit, durch künstliche Gewebemodelle und 3D-Zellkulturen den Einsatz von Tierversuchen zu reduzieren. „Ich kenne keine Wissenschaftlerinnen oder Wissenschaftler, die gerne Tierversuche vornehmen. Das Problem ist aber, dass der wissenschaftliche Erkenntnisprozess ab einem gewissen Zeitpunkt den Einsatz von Versuchen an einem lebenden Organismus, zum Beispiel an einem Tier, erfordert. Dass diese Versuche nicht unbedingt auf den menschlichen Organismus übertragbar sind, hat sich vielfach gezeigt. Und genauso wenig lassen sich Ergebnisse, die aus einem Experiment an künstlich geschaffenen Geweben gewonnen werden, direkt auf den menschlichen Organismus übertragen. Aber ich glaube, durch die weitere Entwicklung neuer und besserer künstlicher Gewebemodelle wird es möglich sein, diesen sehr unangenehmen Teil der Forschungsarbeit deutlich zu reduzieren.“
Vorbild Natur
Darüber hinaus findet der begeisterte Naturwissenschaftler in der Entwicklung und Anwendung von 3D-Drucken eine optimale Symbiose aus Biologie, Physik und Maschinenbau: „Sehr einfache Organismen können durchaus mit komplexen Maschinen verglichen werden. Diese durchlaufen im Grunde genommen einen ständigen Optimierungs- und Selektionsprozess. Dieses Prinzip wende ich vereinfacht auch an: Ich entwickle ein Modell, setze es um, schaue, ob es funktioniert. Und dann wird laufend optimiert. Genau so macht‘ s auch die Natur, da nehm‘ ich mir ein Beispiel!“
(A. Schönherr/Foto © J. Hagenbuchner)
Weitere Infos:
Molekularbiologisches Forschungslabor
Department für Kinder- und Jugendheilkunde: Pädiatrie I
*) Die im Rahmen dieser Serie portraitierten WissenschafterInnen besetzen eine A2-Laufbahnstelle als Assoziierte ProfessorInnen an der Medizinischen Universität Innsbruck. Voraussetzung dafür ist die Erfüllung einer Qualifizierungsvereinbarung, die unter anderem erfolgreiche Forschungsleistung, Lehre und Einwerbung von Drittmitteln umfasst.
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