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Beispiele für Ersatzmethoden zu Versuchen mit Krallenfröschen

Nur die Verwendung von in vitro (im Reagenzglas)-Methoden oder in silico (am Computer)-Methoden ist ein ethisch vertretbarer Ersatz für einen Tierversuch oder Tierverbrauch. Derzeit wird als Ersatz für den Tierversuch auch mit befruchteten Eizellen des Frosches geforscht. Dies stellt aber auch übergangsweise keine vertretbare Alternative dar, wenn der Untersuchungszeitraum bis in die vollständige Entwicklung der Organe der Tiere oder gar darüber hinaus hineinreicht.

Ab welchem Entwicklungsstadium Frösche in der Lage sind, Schmerzen zu empfinden, hängt ab von der Entwicklung des Nervensystems. Das Nervensystem wird bei allen Wirbeltieren, also auch bei Amphibien ausgebildet. Die Entwicklung von der Oozyte (befruchtete Eizelle) bis zur Organausbildung ist nach 72 Stunden weitgehend abgeschlossen (5).

Der Einsatz von Oozyten des Xenopus laevis

Durch Injektion bestimmter Hormone können weibliche Xenopus laevis-Frösche dazu angeregt werden, das ganze Jahr über Oozyten zu bilden. Ihre Haltung ist vergleichsweise einfach und preiswert, sie gelten als widerstandsfähig. Auch unbefruchtet lassen sich die Eizellen unter bestimmten Konditionen eine Weile lagern und im nachhinein befruchten. Der relativ große Durchmesser der Oozyten von 1,1 bis 1,3 Millimetern bietet eine praktische Handhabbarkeit (2, 7).

Beispiel Grundlagenforschung: Proteinuntersuchung

Für Proteinuntersuchungen wird zunächst in vitro synthetisierte ribosomale Nukleinsäure hergestellt und dann in eine Oozyte injiziert, woraufhin es zur Ausbildung eines gewünschten Proteins kommt, das nun untersucht werden kann. Der Frosch darf sich nun zur Kaulquappe entwickeln und wird dann aber zur weiteren Untersuchung in einem bestimmten Entwicklungsstadium abgetötet (2).

Ersatzverfahren zu hormonell wirksamen Substanzen in aquatischen Systemen

1. In vitro-Zellkultursysteme
In vitro-Zellkultursysteme, z. B. aus Fischleberzellen, werden für diesen Testbereich heute als unzulänglich eingestuft, weil die Übertragung der Testergebnisse auf den Gesamtorganismus als unmöglich betrachtet wird. Das aber ist für hormonell wirkende Stoffe entscheidend. Es gibt jedoch bereits weltweit Entwicklungsansätze für Multiorgan-Systeme auf einem Chip. Diese Technologie ist hoffnungsvoll, aber noch nicht ausgereift. Validierte Verfahren stehen noch nicht zur Verfügung (17, 18).

2. Screening durch Kernrezeptoren, E-Screen-Test mit humanen Brustzellen, Bindungsassay
Vielversprechend und bereits zum Screening (systematisches Testverfahren innerhalb eines Prüfbereichs) Hormon-aktiver Substanzen genutzt werden »Kernrezeptoren-Tests«. Nach Kontakt mit östrogenen, androgenen sowie Schilddrüsenhormon-beeinflussenden Substanzen werden Östrogen-, Androgen- und Thyriodhormon-Rezeptoren aktiviert und messbar physiologische Prozesse ausgelöst (19).

Im E-Screen-Test werden humane Brustzellen des Stammes MCF7 genutzt. Sie reagieren deutlich auf Östrogene und produzieren in hohem Maße Östrogenrezeptoren. Durch direkte Zugabe einer Substanz kann diese auf ihre östrogene Wirkung analysiert werden (19). Abgewandelte Tests hierfür sind der sogenannte Bindungsassay, bei dem die Bindungsaffinität einer Substanz zum Östrogenrezeptor gemessen wird, und der Reportergenassay auf der Basis der Analyse von Genen, welche die endokrine Zellphysiologie regulieren (19).

Diese Tests werden allerdings als Voruntersuchungen bei Substanzgruppen in der Industrie verwendet. Sind die Ergebnisse im Test positiv, erfolgen weitere in vitro-, aber auch in vivo-Untersuchungen am Tier.

3. Zona radiata als Biomarker
Für schwach östrogene Substanzen werden in Tests auch Eihüllenproteine (Zona radiata) als sogenannte Biomarker herangezogen (20).

4. TG 455 Stably Transfected Human Estrogen Receptor-a Transcriptional Activation Assay zur Detektion Östrogenaktivität-auslösender Chemikalien (vorläufige Richtlinie vom 16.12.2009)

Es handelt sich hierbei um einen in vitro-Test zum Screening und zur Bewertung von Hormon-wirksamen Substanzen. Im Test wird die Zelllinie hERalpha-HeLa-9903 aus dem menschlichen Muttermundtumor verwendet, mit der sich die Fähigkeit der Testchemikalie messen lässt, eine hERalpha-vermittelte Luciferase-Genexpression auszulösen. Die Zellen werden für 20 bis 24 Stunden bis zu sieben Testchemikalien in nicht-toxischen Konzentrationen ausgesetzt und dadurch die Reportergenproduktion ausgelöst. Zusätzlich sollen vier verschiedene Referenzchemikalien mit gemessen werden. Die Luciferaseaktivität wird in einem Luminometer detektiert (21).

Ersatzverfahren in der universitären Ausbildung

Ersatzverfahren in der universitären Ausbildung gibt es schon seit Jahren, deren Anwendung ist jedoch u. a. von den Kursveranstaltern abhängig. Während in der Humanmedizin mit Verweis auf die Approbationsordnung der Einsatz von Tieren in der Lehre oft nicht mehr als zwingend notwendig angesehen wird, ist der Tierverbrauch in der Biologie und Veterinärmedizin jedoch noch die Regel. Vorhandene Ersatzverfahren wie Modelle/Plastinate, Filme oder Computersimulations-programme werden allenfalls ergänzend eingesetzt (3).

Der Lerneffekt ist erfahrungsgemäß durch den Einsatz von Probanden im Vergleich zum Tiereinsatz am größten, da die Studenten Ablauf und Resultate am eigenen Leib erfahren, fühlen und nachvollziehen können. Beim Tiereinsatz kann man zunächst nur die äußeren Abläufe studieren, bei methodischen Fehlern ist das Ergebnis hinfällig. Wenn diese Probandenabläufe mit Simulationsprogrammen flankiert werden, kann der Versuchsablauf beliebig oft wiederholt und es können Fehler korrigiert werden.

Das deutsche Tierschutzgesetz verlangt zudem bereits seit 2006, den Tierverbrauch zu Ausbildungszwecken nur dann zuzulassen, wenn der Zweck nicht durch alternative Verfahren erreicht werden kann. Zudem schreibt nun die neue EU-Tierversuchsrichtlinie (2010/63/EU) allen EU-Ländern vor, ab Januar 2013 in der Ausbildung mögliche Alternativen einzusetzen (22).

Quellen

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