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Fast wie im Körper: eine eingefärbte Zellkultur auf dem dreidimensionalen Silikongitter.

Forschung

Tierversuche: 3D-Technologie könnte Tieren Leid ersparen

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Leizpziger Forscher entwickeln ein Silikongitter, das Zellen Bedingungen wie im menschlichen Körper schafft

Bevor ein neues Medikament einem kranken Menschen helfen kann, muss ausgiebig geprüft werden, ob es tatsächlich wirkt und wie verträglich es ist. Das geschieht erst in der allerletzten Phase mit menschlichen Studienteilnehmern – so will man sichergehen, dass ein Mittel niemand schwerem Schaden zufügt. Vorher müssen deshalb in der Regel Tiere für die Tests herhalten – und leiden; Mäuse und Ratten vor allem, aber auch Hunde, Katzen, Schweine und Affen.

Wissenschaftler der Universitätsmedizin Leipzig haben nun zusammen mit einem Partner aus der Industrie, der KET Kunststoff- und Elasttechnik GmbH Liegau-Augustusbad, eine Technologie entwickelt, die zumindest einen Teil der Tierversuche überflüssig machen könnte. Es handelt sich um ein dreidimensionales Gitter aus Silikon, auf das man menschliche Zellen geben kann, die sich dort genauso verhalten wie im menschlichen Körper. Versuche auf dieser Basis wären damit aussagekräftiger als Labortests auf dem Boden einer Petrischale. Denn deren großer Nachteil ist es, dass Zellen in diesen zweidimensionalen Modellen oft anders agieren und reagieren als in ihrer natürlichen Umgebung.

Zwei Jahre lang haben die Leipziger Forscher von der Arbeitsgruppe Angewandte Molekulare Hepatologie zusammen mit den Mitarbeitern der auf Medizintechnik spezialisierten Firma an ihrem Projekt gearbeitet. Gefördert wurde es mit 120 000 Euro aus Mitteln des Freistaates Sachsen und des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung.

Wenn man auf Tierversuche verzichten will, liegt es nahe, auf humane Zellkulturen zurückzugreifen. Sie können auch außerhalb des Organismus gezüchtet werden. Bislang war es jedoch nur möglich, ihre Interaktion mit einem bestimmten Wirkstoff in zweidimensionalen Modellen zu testen, etwa in einer Petrischale. Das entspricht freilich nicht den Bedingungen im menschlichen Körper, wo die Zellen nicht flach wachsen, sondern in dreidimensionalen Verbänden und Organen. „Studien haben gezeigt, dass Ergebnisse von 3 D-Zellkultursystemen viel besser auf den menschlichen Organismus übertragbar sind“, sagt Peggy Stock von der Universitätsmedizin Leipzig, die das Verbundforschungsprojekt geleitet hat.

Peggy Stock von der Universitätsmedizin Leipzig ist Leiterin des Forschungsprojekts.

Als Erstes testeten die Wissenschaftler verschiedene Silikonarten. Die wichtigste Bedingung war es, ein Material zu finden, das den Zellen behagt und gleichzeitig für 3 D-Druck geeignet ist. Sie wurden fündig: „Wir arbeiten mit einem Silikon, das sehr elastisch ist und ungefähr dem entspricht, wie wir es bei Organen im menschlichen Organismus vorfinden“, erklärt Peggy Stock.

Für ihre Tests verwendeten die Wissenschaftler menschliche Stammzellen, die sie aus Fettgewebe isolierten. Stammzellen sind universelle Zellen mit der Fähigkeit zur Spezialisierung und unerlässlich sowohl für die Entwicklung als auch für Regenerationsprozesse des Körpers. Aus embryonalen Stammzellen geht der gesamte Mensch hervor, adulte Stammzellen können sich nur noch in bestimmte Gewebetypen ausdifferenzieren. Die Leipziger Forscher säten die Zellen auf dem Silikongitter aus und kultivierten sie dann in einem Brutschrank. „Wir konnten zeigen, dass die Zellen das 3 D-Gitter besiedeln und dabei selbst dreidimensionale Zellstrukturen bilden“, erklärt Peggy Stock: „Somit bleiben ihre natürlichen Eigenschaften erhalten, etwa die Kommunikation der Zellen untereinander.“ Es zeigte sich, dass essentielle Vorgänge auf dem Silkongitter tatsächlich besser klappten als in einer 2 D-Kultur. So synthetisierten die aus den Stammzellen hervorgegangenen Leberzellen reibungslos die Proteine, die normalerweise auch in der Leber gebildet werden. Auch die Ausdifferenzierung von Stammzellen zu Knochenzellen sei besser gelungen als in einer 2 D-Kultur, sagt die Forscherin. „Wir werden Tierversuche nicht gänzlich abschaffen, aber wir haben mit dem Silikongitter etwas geschaffen, das die Vorhersagen über die Machbarkeit von Neuentwicklungen im Bereich der Medizin und Arzneimittel erlaubt und so zur Verminderung von Tierversuchen beitragen kann.“ Die KET-GmbH geht davon aus, dass das Silikongitter 2025 in Serie gehen wird.

Seit Jahren arbeiten Wissenschaftler weltweit an Alternativen zu Tierversuchen und haben dabei bereits eine Reihe neuer Testmöglichkeiten entwickelt. An der Frankfurter Goethe-Universität ist zu diesem Forschungsschwerpunkt 2017 eigens eine Professur eingerichtet worden.

Als hoffnungsvoller Ansatz gelten unter anderem sogenannte Biochips, die wie extremst verkleinerter „Minimensch“ funktionieren. Nach Ansicht des Vereins „Ärzte gegen Tierversuche“ können sie oft sogar bessere Erkenntnisse als ein Tierversuch liefern, weil Unterschiede bei Körperbau und Stoffwechsel die Übertragbarkeit vom Tier auf den Menschen deutlich einschränke.

Es gilt Chips, die Abbilder einzelner Organe sind, aber auch Multi-Organchips mit Zellen aus den verschiedensten Geweben. Noch Zukunftsmusik ist ein Chip, in dem Zellen eines bestimmten Patienten angesiedelt werden, um so individuell auf diesen einen Menschen zugeschnittene Medikamente zu testen.

Ein weiterer Ansatz sind Computermodelle, mit denen sich die Wirkung und Giftigkeit von verschiedenen Stoffen im menschlichen Körper vorhersagen lassen sollen.

Bislang allerdings war trotz bereits vorhandener Alternativen noch kein nennenswerter Rückgang der Tierversuche in Deutschland zu verzeichnen.

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