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Tierversuche

Zellkulturen als Alternative

09.02.2015
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Von Barbara Erbe / In der EU ist es verboten, Kosmetik-Inhaltsstoffe an Tieren zu testen oder Kosmetika zu verkaufen, die derart getestet worden sind. In der pharmazeutischen Forschung gelten Tierversuche aber weiterhin als unverzichtbar. Im Bereich der Hautforschung ersetzen jedoch Modelle mit künstlicher Haut zunehmend die Tierexperimente.

Weit über zwei Millionen Versuchstiere werden nach Angaben der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) Jahr für Jahr in Deutschland eingesetzt, drei Viertel von ihnen sind Mäuse und Ratten. »Kein Medikament wird zugelassen, kein Arzneimittel geht über den Ladentisch, ohne dass es zuvor am lebenden Organismus getestet wurde«, unterstreicht Professor Dr. Gerhard Heldmaier, Vorsitzender der DFG-Senatskommission für tierexperimentelle Forschung. »Ein Zellkulturergebnis allein wäre nicht aussagekräftig über den Organismus als Ganzes.«

Nichtsdestotrotz haben sich im Bereich der Hautforschung vor allem in den Laboren der Pharma­unternehmen in den vergangenen Jahren Modelle mit künstlicher Haut wie Episkin oder SkinEthic etabliert, die bei etlichen Routinetestverfahren Tierversuche ersetzen.

Viele arbeiten mit sogenannten dreidimensionalen Hautmodellen, erläutert Dr. Eva Kristina Bee, Vorstandsmitglied des Vereins »Ärzte gegen Tierversuche«. »Solche Systeme bestehen aus mehreren Zellschichten, sodass auch Wechselwirkungen zwischen Unter- und Oberhaut untersucht werden können.« Die menschlichen Zellen stammen dabei aus Operationen oder Biopsien.

Hautmodell zum Testen

Zum Zweck des Testens werden aus dem Gewebe zwei unterschiedliche Zelltypen isoliert: die dermalen Fibroblasten (Unterhaut) und die Keratinozyten, die die Epidermis (Oberhaut) bilden. Die Fibroblasten werden in einer Nährlösung angezüchtet. Dann werden die Keratinozyten ausgesät. Nach einer dreiwöchigen Kulturzeit bildet sich da­raus ein dreidimensionales, fingernagelgroßes Stück Haut mit Unterhaut und mehrschichtiger Oberhaut mit Verhornungsschicht. Wie bei der natürlichen Haut bildet sich zwischen Ober- und Unterhaut eine Grenzschicht, die Basallamina, aus. »Die so gewonnene rekonstruierte humane Epidermis ist vollständig ausgebildet und zeigt morphologisch eine gute Übereinstimmung mit humaner Epidermis«, betont die Dermatologin. Darauf wird die zu testende Substanz aufgebracht. Ob ein Inhaltsstoff Hautreizungen auslöst (Irritationstest), oder ob er unter Einfluss von Sonnenlicht giftig wirkt (Phototoxizitätstest), kann mithilfe dieser Kunsthaut ganz ohne den früher üblichen Tierversuch mit rasierter Ratten- oder Kaninchenrückenhaut getestet werden.

Als Parameter für eine eventuelle Schädigung ziehen die Tester die Änderung des elektrischen Hautwiderstandes heran, erläutert Bee. Außerdem lassen sich entstandene Gewebeschäden unter dem Mikroskop beurteilen. »So findet man schnell, zuverlässig und kostengünstig heraus, ob beispielsweise eine Brandsalbe die Wundheilung fördert oder nicht, oder ob eine Substanz Hautreizungen auslöst.«

Wichtiger Fortschritt

Auch DFG-Experte Heldmaier sieht in den Hautmodellen einen wichtigen Schritt – wenn auch nur den ersten von vielen noch ausstehenden –, um Versuche am Tier zu reduzieren. »Hautmodelle sind gut und wichtig für Routinetestverfahren, aber sie machen Tierversuche längst nicht überall verzichtbar, vor allem weil sie isoliert vom lebenden Organismus und seinem Gesamtstoffwechsel stattfinden.«

Wie schwierig es ist, eine funktionierende Zellkultur anzulegen, illustriert er mit einem Beispiel aus seiner eigenen Forschung. Zwei Jahre lang arbeitete der Stoffwechselphysiologe mit seinem Team daran, eine Kultur brauner Fettzellen anzulegen, um an ihnen die Wirkung bestimmter Hormone zu erforschen. Schließlich gelang es den Wissenschaftlern, die gewünschten Zellen in einer Nährlösung zu züchten. »Sie sahen prächtig aus und wuchsen auch – aber sie funktionierten nicht, sie produzierten keine Wärme und durchliefen keinen Stoffwechsel.« Wir dürfen die Kompliziertheit des Organismus nicht unterschätzen«, resümiert Stoffwechselphysiologe Heldmaier. »Denn es ist kaum möglich, alle Faktoren, die beim Wachstum und beim Stoffwechsel von Zellen eine Rolle spielen, zu berücksichtigen.«

Grundlagen erforscht

Dass vor allem die Pharmaindustrie seit einigen Jahren zunehmend mit Zellmodellen arbeitet, liegt seines Erachtens vor allem daran, dass dort mittlerweile zunehmend anwendungsorientierte Forschung betrieben wird. »In der Grundlagenforschung aber geht nach wie vor gar nichts ohne Tierversuche.« Das bestätigt auch Professor Dr. Thomas Korff, der an der Universität Heidelberg die Physiologie von Herz und Kreislauf erforscht. Wer als Wissenschaftler weiterkommen wolle, müsse hochrangig arbeiten und publizieren, vor allem eben in der Grundlagenforschung. Dort komme man in vitro über ein gewisses Qualitätslevel nicht hi­naus: »Dann hört man: ›Interessant –aber funktioniert das auch in vivo?‹« So lange dies der Standard für wissenschaftliche Publikationen sei, könne und müsse man zwar probieren, die Versuche zu reduzieren und für die Tiere erträglicher zu machen – verzichtbar würden sie aber nicht.

Korff, Träger des Ursula M. Händel-Preises der DFG für Ersatzmethoden zu Tierversuchen, versucht in seiner Forschung selbst immer wieder, das sogenannte »3R-Prinzip« umzusetzen: Reduction, Replacement, Refinement. Also Tierexperimente reduzieren, ersetzen und das Leiden der Tiere verringern. So umgeht er in der vaskulären Forschung das für Mäuse sehr belastende Hindlimb-Ischemia-Testmodell, bei dem die Hauptschlagader des Tieres am Hinterlauf abgebunden wird, um zu studieren, ob und wie sich im umliegenden Gewebe Gefäße neu bilden. Korff hat ein Testmodell für die Mausohrmuschel entwickelt, das sich inzwischen als Ersatz etabliert hat. Viele Forscher arbeiten heute damit. »Die Ohrmuschel ist gut durchblutet, sodass kein Gewebe abstirbt, wenn wir einige Blutgefäße blockieren. Außerdem sind die Blutgefäße leichter zugänglich und von außen sehr gut erkennbar, sodass unser Eingriff minimal invasiv und für das Tier im Vergleich zu vorher deutlich weniger belastend ist.«

Bessere Ergebnisse

Eine Belastung nichtsdestotrotz, die Bee als Vertreterin der Ärzte gegen Tierversuche für vermeidbar hält. »Studien mit Zell- und Gewebekulturen mit Humanmaterial sind auf den Menschen besser übertragbar als Tierversuche, sie liefern eindeutige Ergebnisse und sind jederzeit reproduzierbar.« Was die notwendige Arbeit am lebenden Organismus betrifft, komme die Arbeit mit Biochips immer weiter voran. »Mit diesen Lab-on-a-chip-Systemen – Labore auf einem Chip – für Haut, Leber, Lunge, Niere, Blutgefäße, Lymphknoten, Nervenzellen und sogar kombiniert als eine Art Mini-Organismus kann auf einem Mikrochip die Aufnahme, Verteilung und Verstoffwechselung neuer Medikamente getestet werden, fast wie in einem lebenden Körper, auf jeden Fall aber aussagekräftiger, als an Organismen der falschen biologischen Art.«

Auch Heldmaier sieht in der Entwicklung derartiger Biochips einen großen Fortschritt. »Im Bereich des Vorscreenings werden sie auch immer mehr verwendet. Am Abschluss von Medikamentenuntersuchungen muss aber nach wie vor der Test an einem lebenden Organismus stehen, alles andere wäre unverantwortlich.« /