Neuartiges Zellkulturmodell soll Tierversuche vermeiden und Fortpflanzungsprobleme lösen

Der Arbeitsgruppe Reproduktionszellbiologie am Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN) Dummerstorf ist es erstmalig gelungen, so realitätsnahe 3D-Zellkultur-Modelle des tierischen Eileiters zu etablieren, dass sich in deren „Eileiterflüssigkeit“ sogar Embryonen entwickeln können.

Das Modell eignet sich besonders gut zur tierversuchsfreien Untersuchung früher Interaktionen zwischen Embryo und Muttertier. Als Ausgangsmaterial wurden Eileiter von Rindern und Schweinen aus dem regionalen Schlachthof Teterow verwendet. Die Ergebnisse wurden jetzt im renommierten Wissenschaftsjournal Scientific Reports* veröffentlicht.

Das bessere Wissen über frühembryonale Prozesse ist auch für die Humanmedizin und den menschlichen Nachwuchs von großem Interesse.

Frühembryonale Verluste sind eine der häufigsten reproduktiven Störungen bei Mensch und Tier. Der Eileiter ist eines der zentralen Reproduktionsorgane, in dem höchst sensible Schritte der Reproduktion im mütterlichen Organismus stattfinden. Neben der Endausreifung und Selektion der Keimzellen sowie der Befruchtung findet im Eileiter auch die frühe Embryonalentwicklung statt.

Gleichzeitig fungiert der Eileiter als „Pipeline“ für den Transport des Nachwuchses im Embryostadium in die Gebärmutter. Obwohl der Eileiter damit innerhalb der reproduktionsbiologischen Prozesse eine zentrale Rolle einnimmt, sind grundsätzliche Mechanismen der Eileiterfunktion noch ungeklärt und stehen im Fokus der Grundlagenforschung.

Warum das Leben früh scheitert

„Da es unter praktischen und ethischen Gesichtspunkten äußerst schwierig ist, die Interaktionen zwischen frühen Embryonen und dem weiblichen Reproduktionstrakt am Menschen oder Tier direkt zu untersuchen, werden dringend In-vitro-Modelle (lat. „im Glas“) benötigt, die genau diese Kontaktzone möglichst real nachbilden“, erklärte Privatdozentin Dr. Jennifer Schön, Leiterin der Abteilung Reproduktionszellbiologie am FBN-Institut für Fortpflanzungsbiologie. Die Tierärztin konnte mit ihrem Team ein neuartiges Zellkulturmodell entwickeln, in dem außerhalb des tierischen Organismus Prozesse im Eileiter realistisch simuliert werden können.

„Das Modell kommt der Wirklichkeit so nahe, weil die über lange Zeit kultivierten Zellen eine Art Eileiterflüssigkeit bilden, in der sich Embryonen unabhängig von anderen Einflüssen wie beispielsweise künstlichen Zellkulturmedien entwickeln können“, so die Wissenschaftlerin.

„Unser neues 3D-Zellkulturen-Modell ermöglicht uns im Gegensatz zu klassischen Zellkultursystemen Langzeitversuche über mehrere Wochen und erlaubt somit die realitätsnahe Simulation der hormonellen Veränderungen während des weiblichen Zyklus. Wir erhoffen uns dadurch, die hochdynamischen und komplexen zellulären Abläufe im weiblichen Reproduktionstrakt, die für die Einleitung und den Erhalt der frühen Trächtigkeit essentiell sind, besser zu verstehen. Und natürlich wollen wir Antworten auf die Frage finden, warum das neu entstehende Leben häufig schon so früh scheitert und wie wir dies verhindern können.“

Vermeidung von Tierversuchen und Antworten für weitere Tierarten

Ein weiterer Aspekt dieser Forschung ist auch die Vermeidung von Tierversuchen. Neben den verbesserten Möglichkeiten zur Beobachtung der biologischen Vorgänge trägt das in-vitro-Modell auch dazu bei, Tierversuche zu vermeiden.

Seit vielen Jahren gewinnen die Wissenschaftler des FBN Probenmaterial für Experimente von zur Lebensmittelproduktion verwendeten Tieren am Schlachthof in Teterow. Auf dem Betriebshof wurden sogar extra Räume eingerichtet, in denen die Gewebeproben aus Schlachthofmaterial für die Forschungsprojekte aufbereitet werden können.

„Hauptsächlich untersuchen wir aktuell Eileiter von Rindern und Schweinen, die im Rahmen der Lebensmittelproduktion ausreichend zur Verfügung stehen. Unser Ziel ist es, das Zellkulturmodell so weiterzuentwickeln und zu optimieren, dass wir immer mehr Tierversuche ersetzen können“, erklärte Schön.

„Zudem soll das Verfahren und die Methodik auf weitere Spezies ausgeweitet und somit auch für den Artenschutz genutzt werden. Uns verbindet beispielsweise eine Kooperation mit dem Berliner Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW), welches sich für den Erhalt bedrohter Tierarten engagiert, die nicht selten auch noch unter Fortpflanzungsproblemen leiden.“

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Fotos: FBN
PD Dr. Jennifer Schön kam von der FU Berlin an das Dummerstorfer Leibniz-Institut, weil das FBN über eine exzellente Forschungsausstattung verfügt. Hier untersucht die gebürtige Lübeckerin die Eileiterzellen am Laser-Scanning-Mikroskop.
Tierärztin Inga Weiß nutzt die neuen Zellkulturmodelle im Rahmen ihrer Doktorarbeit. Vor der Gewinnung der Zellen muss sie den Eileiter (hier vom Schwein) sauber freipräparieren.

*Scientific reports (s. Anlage)
An air-liquid interphase approach for modeling the early embryo-maternal contact zone
http://www.nature.com/scientificreports, Published: 09 February 2017
Scientific Reports | 7:42298 | DOI: 10.1038/srep42298

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