Zell-Netzwerk soll Tierversuche ersetzen

Ein vielversprechendes Verfahren haben Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS) in Dortmund gemeinsam mit dem Nachbarinstitut IfADo (Leibniz-Institut für Arbeitsforschung) entwickelt: Bereits im letzten Jahr stellten sie den Network Formation Assay (NFA) vor, mit dem sie schnell und einfach Nervengifte testen können. Nun wollen sie im Rahmen eines BMBF-Projektes (Start: 1. Juni) ihre Methode als Ersatzmethode für Tierversuche etablieren.

Tiere sind keine Menschen: Diese leidvolle Erfahrung mussten schon viele Wissenschaftler machen, die vielversprechende Medikamente an Tieren getestet hatten und dann feststellten, dass der Mensch ganz anders darauf reagiert. Tierversuche sind also nicht nur aus ethischer Sicht fragwürdig, sondern haben oft eine geringe Aussagekraft. Die Forschung braucht Alternativen, und spätestens seit der EU-Chemikalienverordnung REACH ist das Problem dringlich geworden: Zehntausende Substanzen müssen neu getestet werden – mangels Ersatzmethoden wohl wieder an Tieren. Schnelle und tierversuchsfreie Testsysteme wären daher von unschätzbarem Wert für die Wissenschaft.

Eine vielversprechende Methode haben Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS) in Dortmund gemeinsam mit dem Nachbarinstitut IfADo (Leibniz-Institut für Arbeitsforschung) entwickelt: Bereits im letzten Jahr stellten sie den Network Formation Assay (NFA) vor, mit dem sie schnell und einfach Nervengifte testen können. Nun wollen sie ihre Methode als Ersatzmethode für Tierversuche etablieren und konnten dafür Gelder beim BMBF einwerben: Das Ministerium wird das Projekt drei Jahre lang mit insgesamt 760.000 Euro fördern. Losgehen soll es am 1. Juni.

Der NFA beruht auf einem Mikrochip, auf dem die Wissenschaftler um Jonathan West menschliche Nervenzellen wachsen lassen. Die Oberfläche des Chips ist so behandelt, dass die Zellen sich nur an bestimmten Punkten ansiedeln können; so erzeugen sie ein regelmäßiges Sechseckmuster. Wenn die Nervenzellen wachsen, bilden sie Fortsätze zu ihren Nachbarn aus. Dank der regelmäßigen Anordnung können diese Fortsätze in einem standardisierten Verfahren gemessen werden.

Werden die Zellen einem Nervengift ausgesetzt, wird die Vernetzung der Zellen gestört. Daraus leiten die Wissenschaftler die Neurotoxizität eines Stoffes ab. Jonathan West erklärt: „Mit dieser Methode lässt sich ein Neurotoxin-Screening auf die Dauer von wenigen Stunden verkürzen. So kann man in kurzer Zeit eine große Zahl an Substanzen auf ihre neurotoxische Wirkung hin testen.“

Seit der ersten Veröffentlichung im vergangenen Jahr haben West und seine Kollegen bereits die neue Chip-Generation entwickelt, auf der zwischen den Andockstellen mikrometerbreite Spuren für die Zellfortsätze verlaufen. Dadurch wachsen die Zellen noch regelmäßiger. Nun geht es darum, diesen Chip für die Anwendung fit zu machen: Bisher arbeiteten die Wissenschaftler mit so genannten Neuroblastom-Zellen, die sich zwar fast wie Nervenzellen verhalten, aber nur eine Art Vorstadium richtiger Nervenzellen darstellen. Um als vollwertige Ersatzmethode zu gelten, muss der Chip jedoch auch mit voll entwickelten Neuronen funktionieren. „Richtige Nervenzellen sind allerdings viel empfindlicher als Neuroblastom-Zellen“, sagt Jonathan West. „Daher müssen wir die Umgebungsbedingungen auf dem Chip an die Bedürfnisse der Neuronen anpassen, damit sie überhaupt wachsen.“

Das ISAS-Team kooperiert auch bei diesem Projekt wieder mit dem IfADo, das schon an der ersten Entwicklung des Chips beteiligt war. Außerdem konnten die Forscher die Firma Schott als Industriepartner ins Boot holen; deren Produktgruppe Nexterion stellt Spezialgläser für Microarrays her und wird daher das Material für die Nervenzell-Chips liefern.

Hintergrundinfos:

Der NFA wurde im Januar 2010 im Fachmagazin „Lab on a Chip“ vorgestellt:
“The network formation assay: A spatially standardized neurite outgrowth analytical display for neurotoxicity screening”; Frimat, J.-P.; Sisnaiske, J.; Subbiah, S.; Menne, H.; Godoy, P.; Lampen, P.; Leist, M.; Franzke, J.; Hengstler, J. G.; van Thriel, C.; West, J.; Lab on a Chip 10 (2010) 701-709

Das ISAS ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, zu der derzeit 87 Forschungsinstitute und wissenschaftliche Infrastruktureinrichtungen für die Forschung sowie zwei assoziierte Mitglieder gehören. Die Ausrichtung der Leibniz-Institute reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Sozial- und Raumwissenschaften bis hin zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute arbeiten strategisch und themenorientiert an Fragestellungen von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. Bund und Länder fördern die Institute der Leibniz-Gemeinschaft daher gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen etwa 16.800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, davon sind ca. 7.800 Wissenschaftler, davon wiederum 3.300 Nachwuchswissenschaftler.