VERRÄTERISCHE BLASEN - BFR
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
SCHUTZ VON VERSUCHSTIEREN
Leuchtendes Leben.
Fluoreszierende Zellen
werden mit dem
„E-Morph“-Test
ausgewertet.
Verräterische Blasen
Hormone sind lebenswichtig, eigentlich. Aber ein Zuviel kann schaden.
BfR-Wissenschafler Dr. Sebastian Dunst und sein Team haben einen
tierversuchsfreien Test entwickelt, mit dem unerwünschte hormonelle
Efekte von Chemikalien erkannt werden können.
© Alle Bilder: BfR
38 BfR 2 GO
ZELLTEST ENDOKRINE SUBSTANZEN
W
enn man genau hinsieht, erkennt man sie.
Winzige Waben, eingezwängt zwischen fei-
nen grünschimmernden Linien. „Die Waben
erinnern mich an die Blasen in einer Lufpolsterfolie“,
beschreibt Dr. Sebastian Dunst das mikroskopische
Bild. Wir sind im abgedunkelten Mikroskopie-Raum
des Deutschen Zentrums zum Schutz von Versuchstie-
ren am BfR in Berlin-Marienfelde. Er ist vollgestellt mit
Computern und modernen, elektronisch gesteuerten
Mikroskopen, mit denen man selbst kleinste Details ei-
ner Zelle sichtbar machen kann.
Eine mikroskopische Aufnahme ist auf den Bildschirm
projiziert. Die zarten grünen Linien sind die Außen-
hüllen von menschlichen Zellen, die Zellmembranen.
Dicht an dicht pfastern die Zellen den Bildschirm. Sie
verknüpfen sich zu einem Gewebe, das nur durch die
„Lufpolster“ zwischen den Zellen unterbrochen wird.
Für den Biologen Dunst und sein Team stehen diese
blasenartigen Veränderungen der Zellmembran im
Mittelpunkt eines neuen, von ihnen entwickelten Tests,
Mikroskopische Aufnahmen: Dr. Sebastian Dunst und
den sie „E-Morph“ genannt haben. E-Morph prüf ge-
sein Team untersuchen am Deutschen Zentrum zum Schutz
wissermaßen, ob das Zellgewebe zusammenhält oder
von Versuchstieren Veränderungen der Zellmembran.
zu lufig oder gar ausgefranst ist.
Molekulare Taue
Das klingt theoretisch, hat aber ganz praktische Bedeu-
Um das Prinzip von E-Morph zu verstehen, muss man tung. In der Umwelt kommen etliche künstlich herge-
etwas weiter ausholen. Die Kontakte zwischen den Zel- stellte oder natürliche Substanzen vor, die hormon-
len stellt hauptsächlich das fadenförmige Eiweiß (Pro- ähnlich wirken und etwa östrogenartige Efekte haben
tein) E-Cadherin her, das gleichmäßig in den Zellmem- können. Diese Stofe können in ungünstigen Fällen zum
branen jeder Zelle verankert ist. Wie molekulare Taue Beispiel die Furchtbarkeit beeinträchtigen oder Krank-
verknüpfen nun die E-Cadherin-Proteine die Zellhüllen heiten wie Krebs begünstigen.
benachbarter Zellen fest miteinander. Bringt man die
Zellen jedoch mit bestimmten chemischen Substanzen Auf Hormonwirkung geprüf
in Kontakt, verändern die E-Cadherine ihre Anordnung.
Sie lagern sich stärker zusammen, wodurch jene Ausspa- In der EU müssen deshalb Chemikalien und Pestizide
rungen der Zellmembranen entstehen, die als „Lufpols- daraufin geprüf werden, ob sie schädliche hormon-
ter“ oder Blasen im mikroskopischen Bild erscheinen. ähnliche Wirkungen haben. In der Fachsprache werden
solche Substanzen als endokrine Disruptoren bezeich-
Überraschenderweise werden die Verbindungen zwi- net. Der E-Morph-Test kann helfen, sie aufzuspüren.
schen den Zellen dadurch nicht schwächer. „Sobald sich
die Blasen bilden, werden die Zellen stabiler und hafen Dunsts Verfahren zur Erkennung hormoneller Efekte
viel stärker aneinander“, erläutert Dunst den Vorgang. von Chemikalien ist weitgehend automatisiert. Einge-
„Das kann im Fall von Krebszellen bedeuten, dass in setzt werden menschliche Brustkrebszellen. Das hat
diesem Zustand die Bildung von Absiedlungen, Metas- zwei Gründe. Zum einen besitzen diese Zellen typische
tasen, erschwert wird, weil die Zellen nicht mehr aus Eigenschafen intakter Zellen der Brustdrüse, sind also
dem Tumorgewebe auswandern können.“ Das Gewebe empfänglich für die Wirkung von Östrogen. Zum ande-
bleibt also fest verknüpf. ren lassen sich Krebszellen anders als gesundes, „norma-
les“ Gewebe leicht im Labor vermehren.
Der E-Morph-Test untersucht, wie verschiedene Che-
mikalien oder Wirkstofe den Zusammenhalt der Zel- Östrogen macht Zellen locker
len – und damit das Risiko von Metastasen (Tochter-
geschwülsten) – beeinfussen. Im Zentrum stehen das Die Zellen werden zunächst mithilfe einer chemischen
weibliche Geschlechtshormon Östrogen und Substan- Östrogenblockade durch das Krebsmedikament Fulvest-
zen, die seine Wirkung nachahmen oder abschwächen. rant in einen Zustand versetzt, in dem die Zellen die cha-
Östrogen macht das Gewebe „lockerer“, es kann die Bil- rakteristischen Blasen zwischen den Zellmembranen bil-
dung von Metastasen fördern. Ihm verwandte östrogen- den. Dann wird die zu prüfende Substanz hinzugegeben.
ähnliche Stofe sind damit ein Risiko. Chemische Ver- Nun wird nachgesehen, ob sich die Zellkontakte wie un-
bindungen, die Östrogen hemmen, senken dagegen das ter Östrogeneinfuss lockern und die Blasen verschwin-
Risiko und werden deshalb auch in der Behandlung von den. Das kann darauf hindeuten, dass die Prüfsubstanz
Krebserkrankungen eingesetzt. hormonähnlich wirkt und das Tumorrisiko erhöht.
02/2020 39
SCHUTZ VON VERSUCHSTIEREN
Die robotergestützte Testauswertung erfolgt rasch und
GEBÄRMUTTERHALSKREBS
ermöglicht das Überprüfen vieler Stofe in kurzer Zeit.
BESSER VERSTEHEN
Sebastian Dunst hof, dass das Verfahren hilf, Chemi-
kalien sicher anzuwenden und neue Wirkstofe für die Gebärmutterhalskrebs ist weltweit der
Krebsbehandlung zu erproben. Dass der Test am Deut- vierthäufgste bösartige Tumor der
schen Zentrum zum Schutz von Versuchstieren am BfR Frau. Um den Krankheitsverlauf besser
entwickelt wurde, ist dabei kein Zufall. Denn er ist eine zu verstehen und neue Therapien zu
mögliche Alternativmethode zu bislang vorgeschriebe- testen, entwickelt Juniorprofessor Peter
nen Tierversuchen bei Chemikalien- und Medikamen- Loskill von der Eberhard Karls Univer-
tentests. „Wann wir diese Tierversuche vollständig erset- sität Tübingen mit menschlichen Zellen
zen können, ist eine andere Frage“, schränkt Dunst ein. aus dem Gebärmutterhals (Cervix) „Mi-
„Zurzeit ist das noch nicht möglich.“ ni-Organe“. Sie ahmen die Krankheit
und ihre Vorstufen im Menschen auf
Dunst und sein Team haben den E-Morph-Test zu- einem „Gewebechip“ nach und ermög-
nächst weltweit zum Patent angemeldet. „Das Verfahren lichen es, Immunzellen im Kontakt mit
gibt Auskunf darüber, wie sich Zellen und Gewebe un- dem Krebs zu studieren.
ter dem Einfuss von Hormonen oder hormonähnlichen
Substanzen tatsächlich verändern“, sagt Dunst. „Es ist
damit wirklichkeitsnäher als Tests, die unter stark ver-
einfachten Bedingungen nur einzelne wenige Aspekte BARRIEREFREI? BESSER
der Hormonwirkung registrieren.“ E-Morph kann für NICHT IM GEHIRN
zwei Anwendungen interessant sein – zum einen für
Das Gehirn ist ein empfndliches Organ.
den Test von neuen Arzneimittel-Wirkstofen, und zum
Es wird durch eine biologische Barriere,
anderen für die Prüfung von Chemikalien, die auf den
genannt Blut-Hirn-Schranke, vor schäd-
Markt kommen sollen.
lichen Substanzen und Krankheitserre-
gern geschützt. Welche Nachteile eine
Ein Test für Pharmazie und Chemie
durchlässige Blut-Hirn-Schranke hat,
untersuchen Dr. Petra Hundehege von
Damit das Patent letztlich auch tatsächlich wirksam
der Westfälischen Wilhelms-Universität
wird, muss es noch separat in jedem einzelnen Land
Münster und ihre Arbeitsgruppe. Sie
zugelassen werden. Ein aufwendiger Prozess, denn stets
arbeiten an einer – tierversuchsfreien –
muss ein eigener Patentanwalt beaufragt werden, der
Computersimulation, mit der Schäden
der Landessprache kundig ist und die Patentansprüche
an der Blut-Hirn-Schranke untersucht
durchsetzt. Deshalb muss ausgewählt werden, wo der
werden können, wie sie etwa nach
Test angeboten werden soll. „Infrage kommen in erster
einem Schlaganfall oder einer Schädel-
Linie Staaten mit einer starken chemischen oder phar-
verletzung auftreten können.
mazeutischen Industrie“, erläutert der Wissenschafler.
Und damit Länder wie die USA, Deutschland, Frank-
reich oder Japan.
WENIGER TIERVERSUCHE,
Dunst arbeitet seit rund vier Jahren am BfR, zuvor stu-
BESSERE ERGEBNISSE
dierte er in Dresden Biologie und promovierte dort
auch. Er forschte an Taufiegen und entdeckte dabei sei- Mangelhafte Statistik-Kenntnisse kön-
ne Liebe zur Mikroskopie. Am BfR gefällt ihm, dass sei- nen die Qualität wissenschaftlicher Er-
ne Arbeit wichtig für Mensch wie Tier ist. „Es ist keine gebnisse etwa in der biomedizinischen
abgehobene Wissenschaf, man kann viel bewirken“, sagt Forschung schmälern. Fragwürdige
er. „Dabei ist es mir ganz besonders wichtig, im Team Resultate wiederum können überfüs-
zu arbeiten – gemeinsam lässt sich viel erreichen.“ Der sige Studien – und damit überfüssige
E-Morph-Test ist ein Beispiel dafür – womöglich ein Tierversuche – zur Folge haben. Das
sehr patentes. ◘ Team von Professor Daniel Hofmann
von der Universität Duisburg-Essen will
Abhilfe schaffen. Die Gruppe entwi-
Mehr erfahren: ckelt die (frei zugängliche) Software
Mitteilung Nr. 023/2020 des BfR vom 20. Mai 2020
„BASTA“ (das steht für „Bayes statistics
for animal research“). Mit BASTA soll es
leichter werden, Tierzahlen zu planen,
Versuche auszuwerten und Ergebnisse
zu veröffentlichen.
40 BfR 2 GOPROJEKTFÖRDERUNG
ZEBRAFISCHE SCHÜTZEN FRISCHE LUFT FÜR DIE ALTERN UNTER DEM MIKRO-
GEHIRNENTWICKLUNG ASTHMAFORSCHUNG SKOP
Schädliche Stoffe können die Entwick- Asthma ist eine chronische Entzündung Die Idiopathische Lungenfbrose ist ein
lung des Gehirns im Mutterleib beein- der Atemwege, die häufg allergische chronisches Leiden, das nach einigen
trächtigen. Chemikalien und Medika- Ursachen hat. Um den Ausbruch und Jahren meist zum Tod führt. Dabei wird
mente müssen deshalb darauf getestet den Verlauf dieses verbreiteten „Volks- die Lunge durch wucherndes Bindege-
werden, ob sie giftig für das Nervensys- leidens“ besser zu verstehen, entwickelt webe (Fibrose) eingeengt. Vermutlich
tem (neurotoxisch) sind. Diese gesetz- das Team um Professor Holger Garn ist vorschnelles Altern am Entstehen der
lich vorgeschriebene Prüfung erfolgt von der Philipps-Universität Marburg Krankheit beteiligt. Am Helmholtz-Zen-
zurzeit an Mäusen und Ratten. Eine eine „Miniaturausgabe“ der Lunge in trum München entwickelt die Arbeits-
mögliche Alternative anstelle der Nager der Petrischale, Organoid genannt. Als gruppe um Dr. Mareike Lehmann nun
sind die Embryonen des Zebrafschs Grundlage der Organoide dient den Methoden, die auf mikroskopischen
(Danio rerio). Die Forschergruppe um Forscherinnen und Forschern Gewebe Gewebeschnitten aus der menschli-
Dr. Stefan Scholz vom Helmholtz-Zen- aus den Atemwegen von Maus und chen Lunge beruhen. An ihnen will das
trum für Umweltforschung in Leipzig Mensch. Team das vorschnelle Altern und die
prüft, ob sie als Modellorganismen Fibroseentstehung studieren, einen Test
geeignet sind. entwickeln und Wirkstoffe testen. Damit
können belastende Tierversuche ersetzt
werden.
Mikro-Organ
statt Tierversuch
MIT DER TAUFLIEGE GEGEN Ob Taufiege, Zellkultur EMBRYO 2.0
NIERENLEIDEN
oder Sofware – es gibt Verborgen vor der Außenwelt wächst
Die Nieren reinigen das Blut. Ein Zuviel der Embryo heran. Das macht es
des blutzuckersenkenden Hormons
viele Ansätze, um her- schwierig, seine Entwicklung im Detail
Insulin im Blut (wie beim Typ-II-Diabetes kömmliche Experimente zu verstehen. Embryonale Stammzellen
oder „Alterszucker“) kann jedoch die der Maus können jedoch Licht in das
Filtersysteme der Nieren, Glomeruli
an Tieren zu verringern. Dunkel bringen, hoffen Dr. Jesse Veen-
genannt, schädigen und ein Nieren- Ein Überblick über Vorha- vliet und sein Team vom Max-Planck-In-
versagen fördern. Um diese Vorgänge stitut für Molekulare Genetik in Berlin.
besser zu verstehen und Nierenversa-
ben, die im Jahr 2019 eine Diese ursprünglichen Zellen sind
gen vorzubeugen, erforschen Dr. Lucas Förderzusage durch das imstande, alle Arten von Gewebe zu
Kühne und sein Team vom Universi- bilden. Unter bestimmten Bedingungen
tätsklinikum Köln die „Nierenzellen“ der
Deutsche Zentrum zum können sie zu Gebilden heranwach-
Taufiege (Drosophila melanogaster). Schutz von Versuchstie- sen, die frühen Embryonen ähneln. Mit
Das hat nicht nur wissenschaftliche modernen Untersuchungsmethoden will
Vorzüge, da die Tiere leicht zu züchten
ren am BfR erhielten. man der Vielfalt dieser Entwicklungspro-
sind und sich rasch vermehren, son- zesse nachspüren.
dern kann auch helfen, die Zahl der
bislang verwendeten Versuchstiere wie
Mäuse oder Ratten zu verringern.
Mehr erfahren: www.bfr.bund.de > Deutsches Zentrum zum Schutz von Versuchstieren > Kompetenzbereiche > Bf3R-Forschungsförderung
(Die nächste Ausschreibung der Forschungsförderung erfolgt im Frühjahr 2021.)
02/2020 41Sie können auch lesen
