Die Kosmetikindustrie in der Europäischen Union darf neue Produkte seit 2013 nicht mehr an Tieren testen. Pharmaunternehmen kommen dagegen noch nicht ohne solche Tests aus, um neue Medikamente auf Nebenwirkungen zu prüfen. Künftig vielleicht doch. Leberzellen, die in einem neuen Minireaktor gezüchtet werden, können einen großen Teil der Aufgaben übernehmen, die sonst Tiere leisten müssen. Sie reagieren sehr empfindlich auf toxische Stoffe. Allerdings muss sichergestellt sein, dass alle Testzellen mit der zu testenden Substanz in Berührung kommen. Gibt es am Ende eines Durchgangs abgestorbene und heile Zellen ist keine Aussage über die Giftigkeit der Substanz möglich.


Forscher aus Jerusalem beteiligt

In dem Projekt „HeMiBio“ haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie (IZI) in Potsdam zusammen mit Wissenschaftlern der Hebrew University in Jerusalem einen Mikrobioreaktor entwickelt, in dem Leberzellen über einen Zeitraum von einem Monat gehalten und beobachtet werden können, wie sie auf die jeweilige Prüfsubstanz reagieren. Diese Information liefern Sensoren im Reaktor, die den aktuellen Sauerstoffverbrauch der Leberzellen ermitteln. Fühlt sich die Zelle wohl, ist ihr Stoffwechsel hoch. Sie verbraucht also viel Sauerstoff. Verträgt sie das Präparat, das zugegeben wird, nicht besonders gut, reduziert sich der Sauerstoffverbrauch, bis er nach dem Absterben der Zelle auf Null sinkt.


Giftstoffe lassen sich gezielt ermitteln

Zellbiologen können an der Verbrauchskurve ablesen, welche Stoffwechselprozesse zu einem bestimmten Zeitpunkt in Zellen ablaufen. Damit lässt sich die aktuelle Wirkung eines Präparats ebenso erkennen wie die Langzeitwirkung. So gelang es, gezielt Giftstoffe in einem Präparat zu identifizieren, indem man die Zusammensetzung änderte.

Als Sensoren setzen die Wissenschaftler Kunststoffpartikel ein, die sich im Reaktor gleichmäßig verteilen. Bestrahlt man diese, werden die Moleküle eines Farbstoffs, mit dem sie imprägniert sind, energetisch angeregt. Diese überschüssige Energie geben sie in Form von Fluoreszenzstrahlung wieder ab, wenn das Fremdlicht ausgeschaltet wird. Die Zeit, die vergeht, ehe sie ihre Energie wieder abgeben, ist eine Maß für die Sauerstoffkonzentration. „Der Zeitverlauf der Abregung signalisiert uns also, wie aktiv der Stoffwechsel gerade ist oder wie sich eine toxische Substanz auswirkt“, sagt Claus Duschl, am IZI Leiter der Abteilung Zelluläre Biotechnologie.

Bisher experimentieren die Forscher mit einem einzigen Zelltyp. Künftig wollen sie auch andere einsetzen, die in der Leber vorkommen, auf lange Sicht sogar Zellen aus anderen Organen. „Dadurch können wir die Stoffwechselprozesse noch besser nachahmen“, so Duschl.

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