Weniger Tierversuche dank künstlicher Mini-Organe

Mit den neuen Erkenntnissen könnte sich die Zahl der Tierversuche bei der Entwicklung von Medikamenten langfristig reduzieren lassen. (Bild: istock.com/sidsnapper)

Weniger Tierversuche dank künstlicher Mini-Organe

Forschende der FNNW haben eine Technologie mitentwickelt, mit der sich Organe wie die Leber oder Niere im Labor im Kleinformat züchten lassen. Damit kann die Zahl der Tierversuche markant reduziert werden.

Bevor ein neuer Wirkstoff als Medikament auf den Markt kommt, muss er an Tieren getestet werden. Noch ist das in der Schweiz – aber auch im Ausland – Vorschrift. Dabei wird das Medikament meist Ratten und Hunden hochdosiert verabreicht, um zu sehen, wo unerwünschte Nebenwirkungen auftreten könnten. Bei den Tests müssen die Tiere unter Umständen leiden, was in der Öffentlichkeit immer wieder für Empörung sorgt. 

An einer Alternative für dieses Vorgehen arbeiten Forschende der Hochschule für Life Sciences FHNW. Sie forschen an Zellkulturen, die dereinst als Ersatz für Versuchstiere dienen könnten. Damit folgen sie dem sogenannten R3-Konzept, das als ethische Richtlinie der Branche gilt (siehe Box).

Sie versuchen, so nahe wie möglich an den Aufbau menschlicher Gewebe heranzukommen. Die Leitung des Projekts hat Laura Suter-Dick, Professorin am Institut für Chemie und Bioanalytik der FNNW. «Herkömmlicherweise wachsen Zellkulturen als Rasen auf dem Boden einer Petrischale. Das ist sehr weit weg von der Realität», sagt Suter-Dick. Denn im Körper bilden die Zellen ein dreidimensionales Gewebe.

Lagerung im Tropfen

Genau das will Suter-Dick im Labor nachbilden. Ihren Fokus legt sie dabei auf die Zellen von Leber und Niere. «Beide Organe haben zusammen eine Reinigungsfunktion inne. Darum kommen sie besonders stark mit den Wirkstoffen in Kontakt», sagt sie. Das heisst, dass dort eventuelle Nebenwirkungen meistens als Erstes auftreten. Damit die Zellen zu einem richtigen Gewebe heranwachsen, werden sie berührungsfrei in einem Tropfen aus Nährflüssigkeit gelagert. «Dort können sie sich nirgends festhalten, ausser eben an sich selbst», sagt Suter-Dick. Auf diese Weise wachsen sie zu einem 0,2 Millimeter grossen Leberkügelchen heran. Um das Ganze noch naturgetreuer zu machen, werden alle drei Zelltypen der Leber im Tropfen vereinigt.

«Mit unseren Zellkulturen könnten wir Tierversuche um den Faktor 100 reduzieren.»

Prof. Laura Suter-Dick, Hochschule für Life Sciences FHNW

Wie ein echtes Organ

Ein Zelltyp bekämpft Entzündungen, ein anderer ist für die Reparatur von beschädigtem Gewebe verantwortlich. Und dann gibt es die sogenannten Hepatozyten, welche die Hauptfunktion der Leber ausführen. Sie bauen Nährstoffe oder Medikamente ab und bereiten sie für die Ausscheidung vor. «Der Vorteil der Mikrogewebe ist, dass die verschiedenen Zellen wie in einer echten Leber miteinander kommunizieren. Das ergibt eine sehr realistische Reaktion auf die zu prüfenden Wirkstoffe», sagt Suter-Dick.

Das langfristige Ziel ist, die Anzahl Tierversuche zu reduzieren. Wenn eine Firma hundert Wirkstoffe hat, die für ein neues Medikament infrage kommen, ergeben sich daraus Hunderte von Tierversuchen. «Mit unseren Zellkulturen möchten wir die 99 Verbindungen vorgängig aussortieren, die nicht infrage kommen, weil ihre Nebenwirkungen zu stark sind», sagt Suter-Dick. «Wir könnten damit also Tierversuche um den Faktor 100 reduzieren.»

«Mit dem Team der Hochschule konnten wir Themen adressieren und Projekte angehen, die wir aus eigener Kraft kaum kurzfristig hätten stemmen können.»

Jan Lichtenberg, CEO InSphero

Wissenstransfer zur Privatwirtschaft

Um die Technologie und das Wissen auf den Markt zu übertragen, arbeitet Suter-Dick mit mehreren Industriepartnern zusammen. Einer davon ist die Biotech-Firma InSphero in Schlieren. Ihr CEO, Jan Lichtenberg, sagt, dass die fachliche Unterstützung von Hochschulen klare Wettbewerbsvorteile bringt. «Für uns als Marktleader in diesem Bereich ist es wichtig, dass wir bei der Innovation die Nase vorne behalten. Mit dem Team von Laura Suter-Dick konnten wir Themen adressieren und Projekte angehen, die wir aus eigener Kraft kaum kurzfristig hätten stemmen können.»

Ebenso fruchtbar war die Zusammenarbeit mit der niederländischen Firma Mimetas. «Die Firma hat an der Forschung mit Nierenzellen mitgewirkt und setzt die Resultate nun in die Praxis um», sagt Suter-Dick. Konkret geht es um ein System, in dem Nierenzellen auf einer Art biologischem Mikrochip gezüchtet werden. Die Chips enthalten winzige Röhrensysteme, in denen sich die Nierenzellen anhaften und so selbst in Röhrenform wachsen. «Das kommt sehr nahe an die Realität in einer echten Niere heran», sagt Suter-Dick. Nun können darauf verschiedene Wirkstoffe auf Verträglichkeit getestet werden.

Die Forschenden züchten dreidimensionale, 0,2 Millimeter grosse Kügelchen aus künstlichem Lebergewebe, an dem sich Reaktionen auf Wirkstoffe testen lassen.

In den Mikrogeweben sieht Lichtenberg die Zukunft der Wirkstofftests. Das zeigen seine Erfahrungen mit seinen Kunden. «Heute haben nahezu alle Top-15-Pharmaunternehmen Partnerschaften mit uns. Es gibt sogar bereits grosse Pharmaunternehmen, die in Pilotversuchen neue Substanzen komplett ohne Tierversuche in die erste klinische Phase bringen wollen.»


Kompetenzzentrum für das 3R-Prinzip

Das 3R-Prinzip ist in der westlichen Welt der ethische Leitfaden für Tierversuche. Es steht für Refine (verbessern), Reduce (verringern) und Replace (vermeiden). Das bedeutet, dass Tierversuche verbessert werden, damit die Tiere so wenig wie möglich leiden. Wo möglich, sollen sie verringert werden, damit weniger Tiere leiden. Und schliesslich sollen sie gänzlich vermieden und durch Alternativen wie dreidimensionale Zellkulturen ersetzt werden.

Seit 2018 gibt es in der Schweiz das 3R-Kompetenzzentrum, ein Verbund von Hochschulen, Behörden und Industriepartnern, welche die Forschung, den Wissenstransfer und die Weiterbildung mit Fördergeldern unterstützen.