Experimente ohne Tierleid: Sensible Zellkulturen

Forscher wollen Versuchstiere durch Computermodelle und Zellkulturen ersetzen - und feiern erste Erfolge. Doch warum kommt die Forschung zu Ersatzmethoden nur so schwer voran?

Das Gift wird den Mäusen ohne Betäubung direkt in die Bauchhöhle gespritzt. Der Todeskampf kann viele Stunden dauern. Laboranten messen die Zeit, lesen daraus die Wirkung des Gifts ab. Je kürzer, desto stärker. Das Ziel des Tests: Gourmets vor Algengiften zu bewahren, die sich in Miesmuscheln anreichern können. Generationen von Labormäusen mussten schon den Vorkoster spielen. In Deutschland setzen die Labors allerdings schon seit Ende der 80er Jahre auf eine Nachweismethode, die ohne Tierleid funktioniert: eine Kombination von Flüssigchromatographie und Massenspektrometrie (HPLC-MS).

Das neuartige Verfahren erspart jedes Jahr Tausenden Mäusen einen grausamen Tod. Es steht stellvertretend für Bemühungen von Tierschützern, Forschern und Politikern, Versuchstieren Leid zu ersparen. Doch die Ergebnisse, verglichen mit aktuellen Tierversuchszahlen, wirken hilflos. So sind zwar seit 2009 Tierversuche für Kosmetika (mit Ausnahmen bis 2013) in der EU verboten. Trotzdem litten und starben im vergangenen Jahr in deutschen Labors 2,6 Millionen Mäuse, Ratten, Hunde, Affen, Katzen, Kaninchen, Meerschweinchen und andere Tiere, wie das Bundesministerium für Ernährung, Verbraucherschutz und Landwirtschaft mitteilt. Seit 1997 steigt die Zahl der "verbrauchten" Tiere kontinuierlich an.

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In speziellen Nährlösungen lassen sich menschliche Zellen kultivieren - und zu Experimenten nutzen

In der EU schreiben rund 20 nationale und internationale Verordnungen und Gesetze Tierversuche verbindlich vor. Im Gegenzug förderte die Gemeinschaft in den vergangenen 20 Jahren die Entwicklung von alternativen Testverfahren mit 200 Millionen Euro. Zum Vergleich: Die Entwicklung eines einzigen Medikaments kostet rund eine Milliarde Euro. Und jedes Jahr werden in Deutschland rund 2500 Anträge auf Neuzulassung eines Medikaments gestellt.

Zu den erfolgversprechenden Alternativen gehören

"Der Mensch ist nun mal keine Maus"
Tierversuche
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Der Verein Ärzte gegen Tierversuche will Experimente mit Tieren abschaffen - nicht nur aus ethischen Gründen. GEO.de sprach mit der wissenschaftlichen Mitarbeiterin und Tierärztin Corina Gericke

  • Computermodelle, die aufgrund der chemischen Struktur einer Substanz Vorhersagen über seine Giftigkeit ermöglichen,
  • Zellkulturen,
  • Biochips, die die Wirkung einer Substanz anhand des elektrischen Widerstands von Zellen ermitteln,
  • Gewebeschnitte aus Schlachtabfällen oder von Operationen,
  • Tests an bebrüteten Hühnereiern, Mikroorganismen und Pollen sowie
  • analytische Verfahren wie HPLC.

Mit rund zwölf Millionen Euro förderte die EU das Projekt Sens-it-iv. Seine Mission: Tests zu entwickeln für die Zeit nach 2013, wenn das Verbot von Tierversuchen für die Kosmetikindustrie ausnahmslos gilt. In Zusammenarbeit mit 28 europäischen Labors und Organisationen fahnden Wissenschaftler nach tierfreien Verfahren, mit denen sich nachweisen lässt, ob und welche Substanzen auf der Haut und in den Atemwegen Allergien auslösen können.

Besondere Dringlichkeit erhält das Projekt durch die europäische Chemikalienverordnung REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals). Die schreibt vor, dass bis 2018 weit mehr als 30.000 Substanzen auf ihr Gefährdungspotenzial für Mensch und Umwelt geprüft werden müssen - Substanzen, die zum Teil seit langem auf dem Markt sind. Tierschützer reagierten entsetzt; Experten schätzen, dass allein für diese zusätzlichen Tests 54 Millionen Tiere ihr Leben lassen müssen.

Bessere Ergebnisse mit Zellkulturen

Im Fokus von Sens-it-iv stehen In-vitro-Verfahren, also Tests, die statt mit einem lebenden Organismus mit Petrischale und Zellkulturen arbeiten. Und das nicht nur aus ethischen Gründen. "Wenn man in einem Tierversuch ein Allergen identifiziert, ist die Sicherheit nie besser als 85 Prozent", sagt Hans-Ulrich Weltzien, Vize-Koordinator des Projekts. Denn die Haut und die Atemwege, etwa von Mäusen, sind anders aufgebaut als die des Menschen. Das Immunsystem reagiert anders. Darum arbeiten die beteiligten Labore ausschließlich mit menschlichen Zellen. "Wir sind überzeugt, dass diese Methoden bessere Ergebnisse bringen werden als die Tierversuche, die sie ersetzen."

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Damit die Kaninchen sich beim Draize-Test nicht die Augen reiben können, werden sie in Boxen fixiert

Tierschützer bemängeln schon seit langem, dass die Ergebnisse von Tierversuchen nicht auf Menschen übertragbar seien. Ein Beispiel: Schon in den 70-er Jahren wiesen Forscher nach, dass die Ergebnisse des Draize-Tests, bei dem Kaninchen die Testsubstanz ins Auge gerieben wird, unzuverlässig sind. Der Grund: Das Kaninchenauge ist anatomisch und chemisch-physikalisch nur bedingt mit dem menschliche Auge vergleichbar.

Nicht selten müssen Medikamte, die im Tierversuch für sicher befunden wurden, vom Markt genommen werden. Zuletzt, im Jahr 2004, das Schmerzmittel Vioxx der Firma Merck. Es hatte sich gezeigt, dass es das Risiko für Herzinfarkte und Schlaganfälle stark erhöhte. Die Dunkelziffer ist hoch: Schätzungen gehen davon aus, dass jedes Jahr in Deutschland 58 000 Menschen an den Nebenwirkungen von Arzneien sterben.

Ein Ergebnis von Sens-it-iv ist ein Test an menschlichen Hautzellen, so genannten Keratinozyten, entwickelt an der Universität Mailand. Die Forscher entdeckten, dass diese Zellen einen bestimmten Botenstoff produzierten, wenn sie mit einem typischen Kontaktallergen in Berührung kommen, das Interleukin-18. Weitere Tests, die noch in der Entwicklung sind, sollen nicht nur zeigen, dass eine Substanz Allergien auslösen kann. Sie sollen auch Aussagen darüber erlauben, wie stark ein Allergen wirkt.

Vor dem Erfolg kommt die Validierung

Große Hoffnung setzen Weltzien und seine Kollegen auf einen "Gen-Chip". Die Forscher fanden nämlich heraus, dass bestimmte Gene beim Kontakt von Zellen mit Allergenen an- oder abgeschaltet werden. Wenn diese etwa 15 Gene des menschlichen Genoms identifiziert seien, so Weltzien, ließe sich eine Art Signatur oder Fingerabdruck für typische Allergene erstellen.

Doch bis zur Anwendung im großen Stil ist der Weg noch weit. Denn jeder Test muss zuerst in Referenzlaboren zeigen, wie zuverlässig seine Ergebnisse sind. Dann muss er auf den Prüfstand der Behörden. Auf europäischer Ebene ist dafür das Europäische Zentrum zur Validierung alternativer Methoden zu Tierversuchen (ECVAM) zuständig. Dessen deutsches Pendant ist die Zentralstelle zur Erfassung und Bewertung von Ersatz- und Ergänzungsmethoden zum Tierversuch (ZEBET). "Dieses Verfahren ist leider fast langwieriger als die Tests zu entwickeln", sagt Weltzien.

Davon kann auch Dieter Runge ein Lied singen. Der Biochemiker entwickelte in seinem Schweriner Zwei-Mann-Labor einen Test, für den er 2008 vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz mit dem Förderpreis für tierversuchsfreie Forschung ausgezeichnet wurde. Ihm war es gelungen, menschliche Leberzellen nicht nur für wenige Tage funktionsfähig zu erhalten, sondern bis zu vier Wochen. Sein Trick: Eine ausgeklügelte Nährlösung, in der die Zellen ihre Aktivität beibehalten.

Runge konnte an seiner Leberzellkultur zeigen, dass etwa Paracetamol, der Wirkstoff eines gängigen Kopfschmerzmittels, bei der wiederholten täglichen Gabe geringer Konzentrationen über mehrere Wochen giftig wirkt. Das ist zwar allgemein bekannt. Doch mit den bisherigen, kurzlebigen Zellkulturen konnte dieser Nachweis nicht erbracht werden. "Man kann sehen, ob und wie die Funktion der Zellen beeinträchtigt wird, oder ob sich das Muster ändert, nach dem das Medikament abgebaut wird", sagt Runge.

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Funktionstüchtige menschliche Leberzellen - nach 28 Tagen in Kultur

Künstliche "Mikro-Organismen"

Ein schöner Erfolg. Allerdings: Um einen kompletten Organismus zu simulieren, müssten weitere Tests mit Kulturen von Herzzellen, Nierenzellen und anderen Zelltypen kombiniert werden.

Genau daran arbeiten andere Forscher, wie Uwe Marx von der Technischen Universität Berlin. Mit seinen Kollegen entwickelt er den Prototypen eines Multiorgan-Biochips: mikroskopisch kleine Zellverbände, die verschiedene Organe repräsentieren, zusammengeschlossen in einer Art künstlichem Blutkreislauf. Ein solcher Chip könnte in wenigen Jahren, so hoffen die Forscher, die Biochemie des menschlichen Organismus simulieren. Automatische Testreihen würden in kürzester Zeit und mit geringem finanziellen Aufwand zuverlässige Ergebnisse bringen und massenweise Tierleid ersparen.

"Doch das ist Zukunftsmusik", sagt Dieter Runge. "Denn ein neues Verfahren zu etablieren und zu validieren dauert locker zehn bis zwölf Jahre." Mit Blick auf sein eigenes System ergänzt er: "Wenn wir überhaupt in der Lage sein werden, diese Validierung durchzuführen." Denn das koste viel Geld. Für eine kleine Firma wie seine sei das kaum machbar, selbst mit Fördergeldern.

Fraglich also, ob und wann Runges Test einen gesetzlich vorgeschriebenen Tierversuch ersetzen kann. Dasselbe gilt für zahlreiche Ersatzverfahren, die noch in der Entwicklung oder in der Validierungsphase sind. Immerhin sind viele Firmen schon jetzt dazu übergegangen, auch nicht zugelassene Alternativmethoden in Vorab-Tests einzusetzen, um die Zahl von Tierversuchen zu reduzieren. Vorerst müssen also weiter Millionen Tiere leiden und sterben.

Behördenwirrwar schafft Tierleid

Verantwortlich dafür sind nicht nur fehlende Forschungsgelder oder langwierige Anerkennungsverfahren. Oft scheitert die internationale Einführung von alternativen Testmethoden schlicht an widersprüchlichen Rechtsnormen.

So schrieb die EU den Muschelgift-Test an Mäusen ihren Mitgliedsstaaten im Jahr 1991 verbindlich vor. Deutschland wude sogar von der EU-Kommission abgemahnt, weil sein modernes, tierfreies Testverfahren (HPLC-MS) nicht den EU-Normen entsprach. Und das, obwohl die Gemeinschaft schon 1986 beschlossen hatte, Tierversuche zu reduzieren und nur dann zuzulassen, wenn keine Ersatzmethoden existieren. Der grausame Versuch ist noch heute vorgeschrieben und verboten zugleich. Doch es gibt Hoffnung: Brüssel hat signalisiert, dass die HPLC-MS-Methode EU-weit eingeführt werden soll. Über zwanzig Jahre nach ihrem ersten Einsatz.

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