Innovative Zellkultur-Technik ausgezeichnet
Forschende der ETH Zürich entwickelten eine neue Zellkultur-Technik, dank der künftig m?glicherweise auf gewisse Tierversuche verzichtet werden kann. Die Wissenschaftler wurden hierfür mit einem internationalen Preis zum humaneren Umgang mit Labortieren ausgezeichnet.
Ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Departements Biosysteme der ETH Zürich in Basel entwickelte eine Zellkultur-Technologieplattform, um die Wechselwirkung von Wirkstoffen mit verschiedenen dreidimensionalen K?rpergewebeproben zu untersuchen. W?hrend herk?mmliche Zellkulturexperimente auf einem flachen ?Zell-Rasen? in einer Petrischale stattfinden, nutzt die neue Technik einen Chip, in dem kleine kugelf?rmige Zell-Aggregate mit einem Durchmesser von knapp einem halben Millimeter verwendet werden.
?Dreidimensionales Mikrogewebe ist in seinem Verhalten n?her bei Organen im lebendigen K?rper als traditionelle Zellkulturen und liefert daher aussagekr?ftigere Ergebnisse?, sagt Olivier Frey, der als Oberassistent im Labor von ETH-Professor Andreas Hierlemann massgeblich für die Entwicklung der neuen Methode verantwortlich war. Eine weitere Besonderheit der neuen Technik: Indem die Wissenschaftler Kügelchen unterschiedlicher Gewebe in einem Chip kombinieren, k?nnen sie in der Zellkultur auf einfache Weise das Zusammenspiel mehrerer Gewebearten testen.
Komplexere Experimente m?glich
Mit der Technik k?nnen Wissenschaftler insbesondere die Wirksamkeit von Medikamenten testen, etwa ob ein potenzieller Krebswirkstoff das Wachstum von Tumorzellen hemmt. Indem die Forschenden Tumor- und Lebergewebe auf einem Chip kombinieren, k?nnen sie untersuchen – wie in einer Machbarkeitsstudie gezeigt –, ob der Leberstoffwechsel die Aktivit?t des Wirkstoffs abschw?cht oder erh?ht, und ob der Wirkstoff für die Leber toxisch ist.
Auch weitere Gewebekombinationen sind denkbar: Als n?chstes planen die Forschenden ein System mit Mikrogewebe der an der Zuckerkrankheit beteiligten Organe, der Bauchspeicheldrüse und der Leber. Neben dem Testen von Wirkstoffkandidaten w?re ein Einsatz der entwickelten Technik in der personalisierten Medizin denkbar.
Auszeichnung für Reduktion von Tierversuchen
Die neue Technik eignet sich dazu, komplexe biomedizinische Fragestellungen umfassender zu beantworten als es mit herk?mmlichen Zellkulturexperimenten m?glich ist. Darunter sind auch viele Forschungsfragen, für deren Bearbeitung es bisher Tierversuche bedurfte. Die Technik k?nnte daher dazu beitragen, die Zahl der Tierversuche in der biomedizinischen Forschung zu reduzieren.
Ein internationales Expertengremium zeichnete deshalb das Konsortium um die ETH-Wissenschaftler am 2. November mit dem ?Global 3Rs Award/Europe? aus, einem internationalen Preis für Forschungsanstrengungen zur Reduktion von Tierversuchen (siehe Kasten). Es ist dies bereits der zweite derartige Preis für die Forschungsgruppe. 2014 erhielt sie für ein anderes System eine Auszeichnung des britischen National Centre for the Replacement, Refinement & Reduction of Animals in Research.
Der K?rper auf einem Chip
Die Entwicklung der neuen Technik erfolgte im Rahmen des EU-Forschungsprojekts ?Body on a chip?, welches vom ETH-Spin-off Insphero koordiniert wurde und an dem weitere europ?ische Projektpartner beteiligt waren. ?Body on a chip? (K?rper auf einem Chip) ist eine Anspielung auf den Begriff ?Lab on a chip?, der miniaturisierte Laboranalyse-Plattformen bezeichnet.
Wesentliche Merkmale des Zellkultur-Chips der ETH-Wissenschaftler sind vier (beziehungsweise in der neusten Chipgeneration sechs) Vertiefungen, in welche die Forschenden die Gewebekügelchen einbringen, sowie zwei Reservoirs für das N?hrstoffmedium. Ein Mikrokanal verbindet die Vertiefungen und Reservoirs miteinander. ?ber Wippbewegungen werden die Gewebekügelchen kontinuierlich leicht bewegt und mit N?hrstoffen und den zu testenden Substanzen versorgt.
Die neue Technik kommt derzeit in einem Projekt der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) des Bundes in Zusammenarbeit mit Insphero und der Pharmafirma Roche zum Einsatz. ?Verl?uft diese Testphase in der Industrie erfolgreich, kann man an eine Vermarktung denken?, sagt ETH-Professor Hierlemann.
Die ?3R?-Prinzipien
Bestrebungen zu einem humaneren und ethischeren Umgang mit Labortieren werden oft unter dem Begriff ?3R? zusammengefasst. Die drei R stehen für die englischen Begriffe ?replacement? (Tierversuche durch Experimente ersetzen, die ohne den Einsatz von Versuchstieren auskommen), ?reduction? (Reduktion der Anzahl verwendeter Versuchstiere) und ?refinement? (Reduktion der Belastung für die Tiere w?hrend eines Versuchs sowie bessere Versuchsplanung). Mehrere Organisationen auf nationaler und internationaler Ebene setzen sich für die F?rderung dieser Prinzipien ein, darunter die Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International (externe SeiteAAALAC International), welche gemeinsam mit dem International Consortium for Innovation and Quality (externe SeiteIQ) in Pharmaceutical Development die externe SeiteGlobal 3Rs Awards verleiht.
Literaturhinweis
Kim JY, Fluri DA, Marchan R, Boonen K, Mohanty S, Singh P, Hammad S, Landuyt B, Hengstler JG, Kelm JM, Hierlemann A, Frey O: 3D spherical microtissues and microfluidic technology for multi-tissue experiments and analysis. Journal of Biotechnology 2015. 205: 24-35, doi: externe Seite10.1016/j.jbiotec.2015.01.003