Tierversuche: Insektennerven statt Säugetiere - wissenschaft.de
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Tierversuche: Insektennerven statt Säugetiere

Heuschreckenembryo
3D-Ansicht eines Heuschreckenembryos, rot gefärbt ist das zentrale Nervensystem. (Bild: Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover)

Bisher wird meist durch Tierversuche mit Mäusen oder Ratten getestet, ob eine Chemikalie der Hirnentwicklung ungeborener Kinder schaden kann. Jetzt haben Forscher eine Alternativmethode entwickelt, die vielen Säugetieren diese Versuche ersparen könnte. Denn als Anzeiger für eine mögliche Schadwirkung für das Gehirn dienen dabei Eier und Embryos von Heuschrecken. Eine spezielle Bildgebung erlaubt es den Wissenschaftlern, die sich entwickelnden Nerven in den Insekten zu beobachten.

Wenn es um die mögliche Schadwirkung von Chemikalien geht, muss nicht nur getestet werden, ob sie für Erwachsene giftig sind. Denn gerade Säuglinge und vor allem Ungeborene reagieren weit sensibler auf Schadstoffe. Daher können Industriechemikalien, Pflanzenschutzmittel, Inhaltsstoffe von Kosmetika oder Arzneimittel das sich entwickelnde Nervensystem während der Schwangerschaft oder auch nach der Geburt schädigen, selbst wenn Erwachsene keinerlei Schaden davontragen.

Verknüpfung von Nerven im Heuschreckenembryo

Doch bisher sind die Tests auf vorgeburtliche Schadwirkungen sehr aufwendig und erfordern eine große Zahl von Tierversuchen mit Mäusen und Ratten. Deshalb sind längst nicht alle Chemikalien auf diese Wirkung hin untersucht. „Bis 2017 wurden nur 13 Substanzen mit einer entwicklungsneurotoxischen Wirkung beim Menschen identifiziert „, berichten Karsten Bode von der Tierärztlichen Hochschule Hannover und seine Kollegen. „Im Kontrast dazu sind zehntausende industrieller Verbindungen noch nicht daraufhin überprüft.“ Zwar sind bereits einige Methoden in der Entwicklung, die auf Zellkulturen statt Tieren beruhen. Diese erfassen jedoch einen wesentlichen Aspekt der Hirnentwicklung nur ungenügend: die Vernetzung der Gehirnzellen.

Jetzt haben Bode und seine Kollegen ein Verfahren entwickelt, mit dem auch dieser essenzielle Aspekt der Hirnentwicklung in Chemikalientests mit einbezogen werden kann, ohne dass dafür Säugetiere leiden und sterben müssen. Ausgangspunkt dieses Testsystems sind die sich entwickelnden Embryos der Wanderheuschrecke. Sie werden vorsichtig aus den Eiern des Geleges herauspräpariert und dann einzeln in die Mulden einer Testplatte gelegt. Durch Zugabe fluoreszierender Antikörper werden die Pionieraxone im Embryo angefärbt – die Nervenzellen, die die ersten Zellfortsätze (Axone) ausbilden. Dann wird die Testchemikalie zugegeben. Um deren Wirkung sichtbar zu machen, wird der Embryo anschließend mit einer speziellen Laserbildgebung durchleuchtet, die die Pionieraxone und ihre Verknüpfung erfasst.

Erste Tests erfolgreich

Diese Methode ermöglicht es so, chemikalienbedingte Störungen der neuronalen Verschaltung sichtbar zu machen. In ersten Tests haben die Forscher die Eignung ihres Systems bereits mit zwei bekanntermaßen neurotoxischen Schadstoffen überprüft, Methylquecksilber und Natriumarsenit. In beiden Fällen identifizierte der Test erfolgreich die neurotoxische Wirkung auf sich entwickelnde Gehirne – er kam zum gleichen Ergebnis wie gängige epidemiologische und auf Tierversuchen basierende Verfahren. Im nächsten Schritt wollen Bode und sein Team diese Überprüfung der Testmethode nun ausweiten: „Jetzt validieren wir den Insektenembryo-Test mit einem Trainingsset von bekannten entwicklungsneurotoxischen und Kontroll-Substanzen auf seine zuverlässige Aussagekraft“, erklärt Bodes Kollege Gerd Bicker.

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Wenn sich das neue Verfahren auch weiterhin bewährt, könnte es künftig als Ersatz- und Ergänzungsmethode für bisher verwendete Versuche an Säugern eingesetzt werden. „Ist das System etabliert, könnte es zahlreiche Versuche an Säugetieren ersetzen“, sagt Bicker.

Quelle: Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover; Fachartikel: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-020-59562-7

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