3R Projekte an der ETH Zürich
Automatisierte Analyse des Tierverhaltens
Die Forschungsgruppen von Johannes Bohacek, Valerio Mante und Mehmet Fatih Yanik haben eine neue Methode entwickelt, um das Verhalten von Tieren besser zu verstehen. Ein Grossteil der Verhaltensforschung basierte bisher auf menschlicher Beobachtung und manueller Auswertung einzelner Verhaltensmuster. Die neue Methode nutzt künstliche Intelligenz und erm?glicht detailliertere Untersuchungen über einen l?ngeren Zeitraum in verschiedenen Tierarten. Zudem hilft sie, das Wohlbefinden der Tiere in der Haltung und im Experiment zu verbessern.
Dreidimensionales Modell der Blut-Hirn-Schranke
Das Bioengineering-Labor unter der Leitung von Andreas Hierlemann hat ein realit?tsnahes Modell der Blut-Hirn-Schranke beim Menschen entwickelt. Es nutzt menschliche Gehirnzellen statt solche von Tieren und ist eine Alternative zu Tiermodellen, um physiologische Prozesse nachzubilden. Das Modell kann beispielsweise eingesetzt werden, um die Aufnahme von Therapeutika im Hirn zu verbessern, was eine grosse Schwierigkeit bei der Behandlung von Hirnerkrankungen wie Tumoren darstellt.
Optoakustiches Tomographie-Verfahren für die Klinik
Die externe Seite Gruppe für funktionale und molekulare Bildgebung, geführt von Daniel Razansky, hat Pionierarbeit bei der externe Seite Entwicklung neuer optoakustischer und multimodaler Bildgebungs-Verfahren (Tomographie-Verfahren) geleistet. Die sogenannte multispektrale optoakustische Tomographie (MSOT) liefert in Echtzeit 3D-Visualisierungen des K?rperinneren von lebenden Tieren . Um mit Tierversuchen eine zeitliche Entwicklung aufzuzeigen, mussten bisher in der Regel mehrere Tiere verwendet werden, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten get?tet wurden, um sie zu untersuchen. Mit der neuen Methode genügt es, ein Tier zu verwenden, das im Verlauf des Versuchs mehrmals tomografisch gescannt wird, um beispielsweise die Verteilung eines Medikaments im K?rper oder der Effekt einer Therapie über die Zeit zu verfolgen. Die Methode wird heute bereits als vielversprechendes klinisches Diagnosewerkzeug in den Bereichen Onkologie, Dermatologie, Herz-Kreislauf- und Entzündungskrankheiten eingesetzt.
Biosensoren und Mikrogewebe für die Entwicklung von Medikamenten
Forschende des Bioengineering-Labors unter der Leitung von Andreas Hierlemann entwickeln Sensoren, die chemische und biologische Signale messen und damit Stoffwechselprodukte mit hoher Pr?zision quantifizieren. Des Weiteren forscht die Gruppe an verschiedenen In-vitro-Systemen, in denen einzelne Zellen oder Mikrogewebestrukturen untersucht werden. Diese Sensoren und In-vitro-Systeme werden in der Medikamentenentwicklung und der biologischen Forschung als Alternative zu Tierversuchen genutzt, um beispielsweise den Einfluss von neuen Wirkstoffen auf Organe im menschlichen K?rper zu prognostizieren. Die Wissenschaftler haben einen Toxizit?tstest für die Medikamentenforschung entwickelt, der Stoffe, die einen Embryo im Mutterleib sch?digen k?nnten, frühzeitig erkennt.
Organoide aus menschlichen Stammzellen mit grossem Potenzial
Barbara Treutlein forscht an Organoiden – kleinen, dreidimensionalen, organ?hnlichen Geweben, die aus menschlichen Stammzellen gewonnen werden und die Entwicklung und Funktion menschlicher Organe modellieren. Damit lassen sich verschiedene medizinische Fragestellungen untersuchen, wie zum Beispiel m?gliche Ursachen einer Autismus Spektrum-St?rung.
Biosensoren und Modellierung neuronaler Netzwerke
Das Labor für Biosensoren und Bioelektronik von Janos V?r?s und Tomaso Zambelli will molekulare und zellul?re Prozesse an Grenzfl?chen zwischen Elektroden und Zellen verstehen, überwachen und steuern. Um eine Brücke zwischen der Untersuchung einzelner Neuronen und des gesamten Gehirns schlagen zu k?nnen, entwickelten die Forschenden einen Ansatz, um Neuronen mit gewünschter Orientierung auf einem Chip zu verbinden. Nebst grundlegenden Prozessen des Ged?chtnisses und Lernens kann mit diesen neuronalen Netzwerken beispielsweise auch die Wirkung potenzieller Medikamente für Erkrankungen des zentralen Nervensystems getestet werden.
Sehnen auf einem Chip für neue Methoden der Rehabilitation von Sehnenverletzungen
Das Labor für orthop?dische Biomechanik unter der Leitung von Jess Snedeker untersucht die Grundlagen der Sehnenbiologie sowie Mechanismen von Sehnenverletzungen und -krankheiten und sucht neue Wege für die Rehabilitation und Heilung. Es entwickelte dazu Gewebe modelle und eine Reihe von ?Sehnen auf einem Chip?-In-vitro-Modelle in 2D und 3D.
Untersuchung von Mechanismen der Zellidentit?t in der Zellkultur
Die Gruppe von Anton Wutz untersucht epigenetische Kontrollmechanismen von Zellen w?hrend ihrer Entwicklung. Die Forschungsgruppe m?chte verstehen, wie der Zellkern die Identit?ten der verschiedenen Zelltypen im K?rper festlegt, und wie dieser Prozess w?hrend der Entwicklung reguliert wird. Kürzlich gelang es den Forschenden, Eizellen aus embryonalen Stammzellkulturen von M?usen herzustellen. Dieses In-vitro-System k?nnte eine nützliche Alternative für die Erzeugung von Pr?implantationsembryonen zur Untersuchung von Entwicklungsprozessen werden.
Bioreaktoren für die Simulation von Geweben unter Belastung
Die Gruppe für Orthop?dietechnik von Stephen Ferguson entwickelt Technologien, die Einblicke in die Biomechanik von Gelenken und Geweben sowie in Bewegungs- und Belastungsmuster erm?glichen. Damit wollen sie Krankheitsprozesse besser verstehen und neue Behandlungsmethoden entwickeln. In selbsthergestellten Bioreaktoren simulieren sie physiologische und mechanische Belastungen von Geweben.
Computergestütze Modelle zellul?rer Signalwege in der Organentwicklung
Die Computational-Biology-Gruppe von Dagmar Iber widmet sich der Erforschung grundlegender Mechanismen von Entwicklungsprozessen. Die Gruppe entwickelt datengestützte, mechanistische 4D-in-silico-Modelle, um verschiedene Entwicklungsstadien wie die Gametenbildung, die frühe Embryogenese und die Organogenese zu simulieren. Darüber hinaus arbeitet sie mit der Klinik zusammen, um Herausforderungen in der personalisierten Medizin zu bew?ltigen und die Brücke zwischen Grundlagenforschung und klinischer Anwendung zu schlagen.
Nagetiersch?del aus dem 3D-Drucker für die Ausbildung
Marcy Zenobi-Wong verfeinerte die Produktion von Nagetiersch?del-Modellen aus dem 3D-Drucker. Diese werden in der Ausbildung von Forschenden genutzt, damit diese Techniken wie Gehirninjektionen und Implantationen zuerst am Modell üben k?nnen, bevor sie diese an toten und sp?ter an lebenden Tieren durchführen. Je mehr Praxis Tierversuchsdurchführende haben, desto mehr wird das Tierwohl gest?rkt. Die Modelle k?nnen über die Fachstelle Tierschutz und 3R bezogen werden.