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Gesundheit|Medizin

Chemikalientests: Nervenzellkulturen statt Tierversuche

Nervenzellen
Mikroskopische Aufnahme eines Netzwerks von Nervenzellen in Kultur. © AG Leist

Wie gefährlich sind verschiedene Chemikalien für das Nervensystem von Föten und Kleinkindern? Um das zu testen, waren bislang aufwändige und teure Tierversuche nötig. Doch nun haben Forschende eine Testbatterie entwickelt, mit der sich Chemikalien in großer Zahl und ganz ohne Tierversuche testen lassen. Die Basis bilden dabei Kulturen menschlicher Zellen. Tests ergaben, dass diese Zellkulturen Tierversuchen bei den meisten Chemikalien nicht nachstehen. Sie könnten daher künftig Tierversuche ersetzen.

Unser Nervensystem ist hochkomplex und braucht mehrere Jahre, um sich komplett zu entwickeln. Das beginnt bereits im Mutterleib und setzt sich in den ersten Lebensjahren fort. Dieser komplexe Vorgang ist jedoch störanfällig, vor allem, wenn wir Umweltgiften wie Metallen, Pestiziden und Arzneimitteln ausgesetzt sind. Die Folge können bleibende Entwicklungsstörungen des werdenden Kindes sein. Bisher ist das Potenzial zur Entwicklungsneurotoxizität allerdings nicht einmal bei 200 Substanzen bekannt. Der Grund: Bisherige Verfahren stützten sich auf Tierversuche, was sie eine Million Euro pro getestete Substanz kosten ließ.

Eine Testbatterie als Alternative zum Tierversuch

Forschende um Jonathan Blum von der Universität Konstanz haben daher nach einer kosteneffizienteren und ethisch verträglicheren Methode gesucht, um deutlich mehr Substanzen auf ihr Gefahrenpotenzial hin testen zu können. Sie begutachteten dafür verschiedene bereits vorhandene Alternativmethoden zum klassischen Tierversuch und kombinierten zehn davon in einer groß angelegten Testbatterie. Die ausgesuchten Tests finden allesamt im Reagenzglas und nicht am lebenden Organismus statt. Dabei kommen Zellkulturen menschlicher Zellen zum Einsatz, die in verschiedenen Stadien ihrer Entwicklung, etwa nach 72 oder 120 Stunden, unterschiedlichen Substanzen ausgesetzt werden.

Dabei hat die Testbatterie gleich mehrere Vorteile im Vergleich zum Tierversuch: Sie ist nicht nur erschwinglicher, sondern kann auch deutlich mehr Substanzen auf ihre Toxizität testen, als dies im selben Zeitraum im Tierversuch möglich wäre. Dazu kommt, dass die Tests vielleicht sogar verlässlichere Ergebnisse liefern, weil sie von vorneherein mit menschlichen Zellen arbeiten. „Dadurch steigt im Idealfall die Aussagekraft der Testverfahren im Vergleich zum Tierversuch, da die jeweiligen Ergebnisse nicht von einem Tiermodell, wie Maus oder Ratte, auf die für den Menschen relevanten Vorgänge übertragen oder erweitert werden müssen“, erklärt Blums Kollegin Ellen Fritsche.

Die Wissenschaftler screenten mithilfe der Testbatterie insgesamt 120 chemische Substanzen und wählten diese möglichst breit gestreut aus: „Darunter waren einige Stoffe, von denen bekannt ist, dass sie toxisch für das Nervensystem sind, wie bestimmte Pestizide oder Flammschutzmittel. Es waren aber auch als unbedenklich geltende Stoffe als Negativkontrolle dabei“, so Fritsche.

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Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten denkbar

Das Ergebnis: Die auf den Zellkulturen basierende Testbatterie identifizierte die meisten der bereits als solche bekannten Giftstoffe (24 von 28) als gefährlich und hat damit eine Treffergenauigkeit von 82 Prozent. Damit ist sie Tierversuchen laut Forschungsteam ebenbürtig. Außerdem schlug die Batterie bei keiner der Negativkontrollen Alarm. Das bedeutet, dass sie keine unbedenklichen Substanzen fälschlicherweise als toxisch einordnete. Nach Ansicht von Blum und seinen Kollegen sind diese Ergebnisse vielversprechend und könnten die Testbatterie – nach ein wenig weiterem Finetuning – für den Einsatz in großem Maßstab qualifizieren.

Dafür sind die Entwickler dieser zellbasierten Tests sogar bereits mit der Europäischen Kommission und der US-Umweltbehörde in Kontakt. In Zukunft könnte die Testbatterie laut Forschenden unter anderem Gefahrendaten für Pestizide liefern, die in der EU zugelassen werden sollen. Oder Substanzen screenen, die in der Wohn- und Arbeitsumwelt vorkommen und bislang noch nicht ausreichend auf ihre Entwicklungsneurotoxizität hin geprüft wurden. In jedem Fall hat die Testbatterie das Potenzial, bisherige tierversuchsgestützte Verfahren bei der Testung von potenziell neurotoxischen Chemikalien komplett abzulösen, so die Wissenschaftler.

Quelle: Universität Konstanz; Fachartikel: Chemosphere, doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.137035

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