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24.05.2010

Tierversuche: Alternativen dringend gesucht

Allein in Baden-Württemberg haben sich in den vergangenen Jahren jeweils bis zu 600.000 Tiere um die Wissenschaft verdient gemacht. Damit ihr Schmerz und Leiden zukünftig so weit wie möglich ausgeschlossen werden kann, arbeiten Forscher in aller Welt an innovativen Ersatzverfahren – vom Zellkulturmodell für Arzneimittelanalysen, über ein künstliches Blutgefäßsystem für Chemikalientest bis hin zu schnellen Computersimulationen für die Diabetesforschung.

Maus im Käfig eines Tierversuch-Labors
In Baden-Württemberg zählen Mäuse zu den am häufigsten eingesetzten Versuchstieren in der Forschung. (© Dr. Mardas Daneshian)

Rund 2,7 Millionen Tiere sterben laut dem Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz jährlich in Tierversuchen – mit einer steigenden Tendenz. Ein Zuwachs, der unter anderem auf Versuche für die Erforschung oder Entwicklung von Produkten, Geräten oder Verfahren für Human-, Zahn- oder Veterinärmedizin zurückzuführen ist. Zu den häufigsten Versuchstieren gehören Mäuse (in Baden-Württemberg: circa 286.000), Fische (circa 138.000) oder Ratten (circa 91.000) (1), oftmals wichtiger Bestandteil in der transgenen Forschung, in der das Erbgut von Versuchstieren verändert wird, um an ihnen die Funktion einzelner Gene zu untersuchen. Mäuse und Ratten werden als Versuchstiere bevorzugt, denn sie sind günstig in der Anschaffung und vermehren sich schnell. Dahingegen erscheinen Experimente mit Hunden, Schafen und Affen als komplizierter - diese sind teurer und zudem schwieriger zu halten.

In Baden-Württemberg wurde nach einem Bericht des Landwirtschafts- sowie des Wissenschaftsministeriums im Jahre 2007 in 53 Einrichtungen mit Tieren experimentiert. Dazu zählen zum größten Teil staatliche oder staatlich geförderte Institutionen wie Hochschulen oder Universitätskliniken, gefolgt von 22 Privatunternehmen im Land, die Tierversuche durchführen. In erster Linie werden Versuchstiere für die biologische und medizinische Grundlagenwissenschaft eingesetzt, welche im Gegensatz zur Arzneimittelforschung keine konkreten Fragen der Anwendung zum Ziel hat. Auf anderen Gebieten, etwa der Toxikologie oder der medizinischen Forschung in der Industrie, haben die Verantwortlichen in den letzten Jahren hingegen vermehrt auf alternative Testsysteme gesetzt.

Vollbluttests ersetzen Kaninchen

Zu den wichtigen Entwicklungen der letzten Jahre zählen zum Beispiel Vollbluttests, bei denen die zu prüfende Substanz nicht mehr an Kaninchen getestet wird, sondern an Blutzellen des Menschen. Beim Auslösen von Fieber durch eine bestimmte Substanz wird der Botenstoff Interleukin-1 beta durch weiße Blutzellen ausgeschüttet. Bislang wurden die Kaninchen für den sogenannten Pyrogen-Test über Stunden fixiert und ihre Temperatur über den gesamten Zeitraum gemessen, was bei den Tieren eine hohe Belastung mit sich bringt. Pyrogene, als hitzeresistente Elemente von Bakterien, birgen als Verunreinigungen der Injektionsinstrumente Gefahren, da sie Fieber, Blutdruckabfall oder Multiorganversagen verursachen und im schlimmsten Fall den Tod herbeiführen können.

Allein in den USA und der EU werden jedes Jahr immer noch 400.000 Kaninchen für den Pyrogentest, der weltweit vom Gesetzgeber vorgeschrieben ist, gebraucht und danach getötet. Erst kürzlich wurde der von Prof. Thomas Hartung und Prof. Albrecht Wendel an der Universität Konstanz entwickelte Pyrogentest „PyroDetect“ in Europa als in-vitro-Ersatzmethode zugelassen. PyroDetect nutzt das menschliche Blut als Sensor und erlaubt nicht nur die Messung des Fieber auslösenden Moleküls im Blut von Blutspendern ohne Tierversuch, sondern damit sogar in der richtigen Spezies, dem Menschen.

Organe aus dem Reagenzglas

Inzwischen werden aber auch Organe und menschliches Gewebe künstlich gezüchtet, um beispielsweise bei Tests mit neuen Wirkstoffen auf Tierexperimente verzichten zu können. So wurde im vergangenen Jahr am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart ein funktionsfähiges System mit Blutgefäßen entwickelt, dass als dreidimensionales Lebermodell der Pharmaindustrie zukünftig höhere Sicherheit bieten und den Weg zum neuen Medikament verkürzen soll.

Die Wissenschaftler verwenden dabei einen kleinen Teil eines Schweine-Dünndarms, das über eine Arterie und eine Vene verfügt. Daraus eliminieren sie bis auf die Proteine der Bindegewebsschicht und die Röhren des Gefäßsystems alle tierischen Zellen. Das Gefäßsystem-Geflecht wird anschließend von innen mit menschlichen Endothelzellen ausgefüllt und sobald im Gefäßsystem künstliches Blut zirkuliert, können auf der Matrix Zellen der Leber heranwachsen. Das Lebermodell ermöglicht es, zu untersuchen, ob beim Abbau neuer Wirkstoffe giftige Substanzen entstehen, indem die Medikamente mit menschlichen Zellen physiologisch in Kontakt gebracht werden. Derzeit erfolgt die Prüfung des Testsystems, das in ein bis zwei Jahren eine sichere Alternative zum Tierversuch sein könnte.

Künstliche Augenhornhaut für Chemikalienstests

Virtuelle Modelle bringen auch Tempozuwachs

Auch Computersimulationen von Zellsystemen werden vermehrt zur Prüfung der Giftigkeit von Substanzen und ähnlichen Forschungszwecken verwendet, verbunden mit einer zunehmenden Aussagekraft. Schon heute gibt es ausgereifte Computermodelle, um zum Beispiel vorhersehen zu können, ob ein Medikament oder eine Chemikalie hormonaktiv wirken. Hierbei werden die Rechner mit den gesammelten Daten bekannter Reaktionen zahlreicher unterschiedlicher Stoffe gefüttert, die fälschlicherweise Andockstellen für Hormone aktivieren. Der Vorteil liegt dabei ganz klar auch in der Beschleunigung von Forschungsprojekten.

Verfahren der Informationstechnologie erlauben den Forschern dann nicht mehr nur zehn bis hundert Studien pro Jahr durchzuführen, sondern schrauben diese Zahl auf 10.000 oder mehr derartiger Untersuchungen. Allerdings stoßen Computersysteme an ihre Grenzen, da es zum gegenwärtigen Zeitpunkt keines gibt, dass den ganzen Organismus (zum Beispiel bei Tests zur Anreicherung von Stoffen im Körper wie Asbest oder Nanopartikel) darstellen kann und somit im Endeffekt Tests an lebenden Tieren weiterhin unvermeidbar sind.

Gesetzliche Bestimmungen

Literatur:
(1): Bericht des Landwirtschafts- und Wissenschaftsministeriums (2007)
(2): http://ec.europa.eu/enterprise/cosmetics/doc/200315/200315_de.pdf

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