Zell-Tests: Neue Methoden könnten künftig einen Teil der Tierversuche ersetzen

22. Jänner 2017, 11:08
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Bisher wird in vielen Fällen an Tieren getestet, welche Substanzen für den menschlichen Organismus verträglich sind.

Wien – Kunststoffe oder Chemikalien, die als Prothesen oder andere Medizinprodukte intensiven Kontakt mit menschlichem Gewebe haben, müssen in entsprechender Weise auf ihre Verträglichkeit geprüft werden. Die bisherige Lösung für ein dahingehendes, möglichst aussagekräftiges Testsystem sind Tierversuche, die die Reaktionen von potenziell gefährlichen Substanzen etwa an Mäusen erforschen.

Je besser die Wissenschaft den menschlichen Organismus versteht, desto eher lassen sich solche Tests auch an menschlichem Gewebe durchführen, das in Laboren nachgebildet wird. Das kann bis zu dreidimensionalen Organkulturmodellen wie menschlichen "Minigehirnen" gehen, wie sie vom Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) gezeigt wurden.

Aber auch der Fokus auf Testsysteme, die auf zellulärer Ebene arbeiten, ist für viele Anwendungen aussichtsreich. Den Zellen steht eine ganze Reihe von Mechanismen zur Verfügung, um mit ihrem Umfeld zu kommunizieren. Sogenannte "cell-based test systems" nutzen diese zelleigenen Sensoren und Signalwege, um zu untersuchen, welche Substanzen welche Zellreaktionen hervorrufen können.

"Wir konzentrieren uns darauf, die einzelnen Signalwege von Zellen sichtbar und messbar zu machen", erläutert Thomas Czerny, der an der FH Campus Wien eine Stiftungsprofessur der Stadt Wien für "cell-based test systems" hält. "Dadurch können wir etwa Aussagen darüber treffen, welche Toxine an die Zellen herankommen."

In den Projekten "BioRelation" und "ProTect" arbeitet Czerny mit Kollegin Ines Swoboda an einem auf diesem Prinzip aufbauenden Testsystem, das etwa die Verträglichkeit von biomedizinischen Produkten wie Biosensoren oder Kathetern prüfen kann, die direkten Kontakt mit menschlichem Gewebe haben. So soll vermieden werden, dass die Produkte Irritationen, allergische Reaktionen und andere Abwehrmechanismen des Körpers hervorrufen.

Ein Signalweg, mit dem sich die Forscher intensiv beschäftigt haben, ist der sogenannte ARE-Pathway (Antioxidant Response Element). "Dabei handelt es sich um einen Abwehrmechanismus der Zellen, der aktiviert wird, wenn sie mit chemisch aggressiven, oxidierenden Substanzen konfrontiert werden", erklärt Czerny. Selbst bei Kontaktallergien, deren komplexe Reaktionen in den Zellkulturen nicht abbildbar sind, zeigt sich, dass dieser Signalweg aktiviert wird. "Mit hoher Wahrscheinlichkeit kann man also auch Rückschlüsse ziehen, dass eine Substanz Allergiepotenzial aufweist", so der Forscher.

Biolumineszenz

Bei einem derartigen Test wird der zu untersuchende Kunststoff bei erhöhter Temperatur ausgelaugt und der entstandene Extrakt auf die Zellen aufgebracht. Die menschlichen Zellen, die dabei zum Einsatz kommen, wurden von den Wissenschaftern so verändert, dass der zu testende Signalweg sehr sensitiv reagiert und so einfach nachgewiesen werden kann.

Als Reaktion wird in den gentechnisch adaptierten Zellen allerdings nicht der Abwehrmechanismus der Zelle, sondern ein eingebrachtes Enzym namens Luciferase aktiviert. Das ursprünglich von Leuchtkäfern stammende Protein ist biolumineszierend, gibt bei Aktivierung also Licht ab. "Bei der Aktivierung kommt es zu einem Leuchten, das sehr gut quantita-tiv messbar ist", fasst Czerny zusammen.

Solche Testanordnungen bieten für den Molekularbiologen ein breites Spektrum von Anwendungen. Hersteller können sie benutzen, um in einem Entwicklungsprozess von Anfang an die richtigen, mit menschlichem Gewebe verträglichen Materialien zu verwenden. In der Umweltanalytik könne damit dagegen schnell festgestellt werden, ob eine verdächtige Substanz, deren genaue Zusammensetzung nicht bekannt ist, gefährliche Reaktionen beim Menschen auslöst. Tierversuche werden die Tests auf absehbare Zeit zwar nicht vollkommen ersetzen können – allein schon die Prozesse hinter neuen dahingehenden Regularien sind langwierig. Zumindest in Auswahl- und Entwicklungsprozessen könnten die Zelltests aber schon bald das Leiden der Tiere beenden. (Alois Pumhösel, 22.1.2017)

  • Ein Querschnitt der menschlichen Haut: An der FH Campus Wien versucht man mit neuartigen Methoden die Verträglichkeit von Materialien zu testen.
    foto: science photo library / picturedesk.com

    Ein Querschnitt der menschlichen Haut: An der FH Campus Wien versucht man mit neuartigen Methoden die Verträglichkeit von Materialien zu testen.

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