Versuchsmäuse auf dem Mikrochip

Von Christina Schneider

Rund zwei Millionen Versuchsmäuse sterben pro Jahr in deutschen Labors für die Medikamentenforschung. Aber muss das wirklich sein? Kann die heutige Technik da nicht Abhilfe schaffen? Und ob sie das kann – zwei Doktorandinnen der TU Dortmund haben vier Jahre geforscht und eine außergewöhnliche Alternative zu Tierversuchen entwickelt: lebendige Mikrochips.

Julia Sisnaiske und Heike Hardelauf

Julia Sisnaiske (rechts) und Heike Hardelauf haben in den vergangenen vier Jahren eine außergewöhnliche Alternative zu Tierversuchen entwickelt. Teaserbild und Foto: Christina Schneider

Täglich stehen die beiden Forscherinnen Julia Sisnaiske und Heike Hardelauf in ihrem Labor am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung der TU Dortmund, um ihrem Ziel näher zu kommen. Was ihr Ziel ist? Sie wollen Tierversuche im Bereich der neurotoxikologischen Untersuchungen an lebendigen Mäusen reduzieren.

Was ist Neurotoxikologie?

Heutzutage gibt es eine Reihe von Chemikalien, auf die nicht verzichtet werden kann. Darunter gibt es auch viele gefährliche Stoffe. Damit das Risiko der Chemikalien eingestuft werden kann, müssen sie auf ihre Eigenschaften und Wirkungen untersucht werden. Besonders wichtig ist dabei die Wirkung auf das Gehirn. Deshalb werden Neuronen untersucht, die im zentralen Nervensystem der Informationsübertragung dienen und direkte Rückschlüsse der Auswirkung der Chemikalien auf die Funktionsfähigkeit des Gehirns ermöglichen. 60.000 bis 70.000 Chemikalien müssen noch untersucht werden.

Eine Million Mäuseleben für 60.000 Chemikalien

Und die werden normalerweise an lebendigen Mäusen und Ratten getestet.  Dabei gilt: Eine Maus pro Chemikalie. „Da man für ein fundiertes Ergebnis aber Replikate braucht, ist man schnell bei einer Million Mäusen, die für die 60.000 bis 70.000 Chemikalien bei neurotoxikologischen Messungen sterben müssen“, erklärt Heike Hardelauf.

Mikrochip

Auf dem Mikrochip - hier eine Vergößerung - können bis zu 100.000 Mäusezellen gespeichert werden. Foto: privat

Und an dieser Stelle kommt der Mikrochip der beiden Biologinnen ins Spiel: Ein Chip soll ein Mäuseleben ersetzen. Der Chip sieht ganz unspektakulär aus, er ist aus Glas und nur zwei mal zwei Zentimeter groß. 100.000 Mäusezellen haben darauf Platz. Damit die Neuronen auf dem Chip überleben können, hat die 30-jährige Technologin Heike Hardelauf den Chip vorher bearbeitet: Er ist mit speziellen Molekülen bedruckt, auf denen die Nervenzellen wachsen können. „Wenn Julia die Zellen von den Mäusen hat, bringt sie die auf den Chip und da bilden die Zellen über Verbindungen zueinander ein Netz. Der Chip ist also wie ein kleines Gehirn“, sagt Heike Hardelauf.

Forscher können dann verschiedene Chemikalien auf dem Chip testen und überprüfen, ob die Funktionsfähigkeit der Neuronen durch die Chemikalien beeinflusst wird. Also, welche Nebenwirkungen bestimmte Medikamente haben.

Eine Maus, 1.000 Chips, 999 gerettete Mäuseleben

Aus den Zellen einer Maus kann man 500 bis 1.000 Chips herstellen. Dadurch können viele Chemikalien an einer Maus getestet werden. Mikrochips können Tierversuche damit um das 100-fache reduzieren: Anstatt einer Million Mäuse bräuchte man für die neurotoxikologischen Messungen nur noch maximal 5.000 bis 10.000. Ein weiterer Vorteil: Die Chips sind mit zwei bis drei Euro viel günstiger als eine Versuchsmaus. Die kostet nämlich 200 Euro. Bei einer Million benötigten Mäusen wäre die Mikrochip-Methode viel günstiger als Tierversuche.

Doktorandin bei der Arbeit

Julia Sisnaiske versucht stammzell-abgeleitete Neuronen zu etablieren, um die Anzahl der Versuchsmäuse auf ein Minumum zu reduzieren. Foto: Christina Schneider

Ganz ohne Versuchsmäuse funktioniert die neue Methode von Julia Sisnaiske und Heike Hardelauf aber nicht. Denn die meisten toxikologischen Grenzwerte stammen aus Versuchen mit Mäusen und Ratten. Für derartige Untersuchungen braucht man lebendige Neuronen, dafür gibt es keinen Ersatz. Mit einer künstlichen Zelle könnte man die Ergebnisse nicht vergleichen. In der vierjährigen Forschungsphase musste die 31-jährige Diplom Biologin Julia Sisnaiske deshalb ungefähr 20 bis 30 Mäuse töten, um die Nervenzellen auf dem Mikrochip zu züchten. „Das ist wirklich furchtbar und man darf da auch gar nicht drüber nachdenken, wenn man die Mäuse mit einem Genickbruch tötet“, sagt Julia Sisnaiske, „aber dafür müssen in Zukunft vielleicht viel weniger Mäuse sterben. Wir töten unsere Mäuse außerdem, bevor wir sie zu Forschungszwecken verwenden. Normalerweise werden die Chemikalien ja an lebendigen Tieren getestet, die dann qualvoll verenden.“

Um die Anzahl der Versuchsmäuse wirklich auf ein Minimum zu reduzieren, versucht Julia Sisnaiske stammzell-abgeleitete Neuronen zu etablieren. Die gibt es allerdings nur bei Embryonen. Diese Stammzellen sind unbegrenzt teilbar und können sich in alle Formen von Zellen entwickeln. Eben auch in nicht-vermehrbare Neuronen, die für den Chip benötigt werden.

Alltagstauglichkeit der Mikrochip-Methode auf dem Prüfstand

Die 60.000 bis 70.000 Chemikalien stehen noch zur Untersuchung aus. Deshalb hoffen die beiden Biologinnen, die in ein paar Wochen ihre Doktorarbeiten einreichen wollen, dass ihr Mikrochip in der Forschung akzeptiert wird. Das ist aber gar nicht so leicht: „Tierversuche gibt es schon seit Jahrzehnten und wenn sich so etwas erst einmal etabliert hat, ist es unglaublich schwer, neue Systeme ans Laufen zu bringen, die dann auch von den Wissenschaftlern akzeptiert und übernommen werden. Man muss ein perfektes System abliefern“, sagt Heike Hardelauf.

Momentan prüft ein Industriepartner die Alltagstauglichkeit der Mikrochip-Methode. Sollten die Forscher die Methode für geeignet befinden, haben die beiden jungen Biologinnen der TU gute Chancen, dass sich ihr Mikrochip eines Tages etablieren wird.

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