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Tierversuche an Krallenfröschen

Der Krallenfrosch wird in der Grundlagenforschung, in der Ökotoxikologie und in der Aus-, Fort- und Weiterbildung eingesetzt. Krallenfrösche sind leicht zu halten und zu vermehren, sie legen im Vergleich zu anderen Fröschen sehr viele (10.000 bis 15.000) Eier im Jahr. Nach zwei Monaten bereits sind die Tiere ausgewachsen (2). Versuche werden mit ihnen während unterschiedlicher Entwicklungsstadien (befruchtete Eizelle, Kaulquappe, ausgewachsener Frosch) durchgeführt.

Ab welchem Entwicklungsstadium Frösche in der Lage sind, Schmerzen zu empfinden, hängt ab von der Ausprägung des Nervensystems. Die Empfindungsfähigkeit ist mit der Ausbildung des Nervensystems verbunden, das bei Wirbeltieren, also auch bei Amphibien vorhanden ist. Die Entwicklung der Organe aus der Oozyte (befruchtete Eizelle) ist nach 72 Stunden weitgehend abgeschlossen (5).

Grundlagenforschung mit Krallenfröschen

Den Grund, weshalb der Krallenfrosch in der Grundlagen-forschung sehr begehrt ist, haben Wissenschaftler unlängst beschrieben: erstaunliche Ähnlichkeiten soll es bei Mensch und Frosch geben, zahlreiche Gene, nämlich rund 21.000 von 23.000 gleichen denen des Menschen und haben die gleiche Anordnung wie die des Menschen. Zudem litten die Frösche an ähnlichen Krankheiten wie der Mensch (6).

Neben der Funktion als Modell für die Bioindikation (siehe Giftigkeitsprüfungen) wird der Krallenfrosch zu Funktionsstudien an Ionenkanal- und Kernporen-untersuchungen der Zellen, Zellzykluskontrollanalysen, Studium der Wirkungsweisen von Wachstumsfaktoren, Zelldifferenzierung und -wanderung, Organbildung und -regeneration eingesetzt (7).

Ökotoxikologische Untersuchungen mit Krallenfröschen

Endokrine (hormonwirksame) Stoffe, die ins Abwasser abgegeben werden und von dort aus in die Gewässer gelangen, werden seit längerem in Zusammenhang mit z. B. Reproduktionsstörungen bei Mensch und Tier diskutiert. Zu den endokrinen Stoffen gehören natürliche und synthetische Hormone, Arznei- und Körperpflegemittel, aber auch Weichmacher. Bei unsachgemäßer Eliminierung durch die Kläranlagen gelangen sie in die Gewässer. Zur Untersuchung der Auswirkung dieser Substanzen werden neben Fischen auch Amphibien eingesetzt.

Der glatte Krallenfrosch (Xenopus laevis) ist das klassische Modell in der Endokrinologie zur Untersuchung ökotoxikologischer Wirkungen von Stoffen. Seine Entwicklung vom Ei über die Kaulquappe (freischwimmendes Larvenstadium) bis hin zum fertigen Frosch wird von der Schilddrüse gesteuert. Zur Ermittlung von Schilddrüsenhormonen in Gewässern z. B. werden daher meist befruchtete Eizellen oder Kaulquappen der Krallenfrösche eingesetzt. Bei Kaulquappen verhindern diese Substanzen die Metamorphose - sie entwickeln sich nicht zum fertigen Frosch weiter (8). In anderen Hormonversuchen wird dagegen eine Geschlechtsumwandlung der Frösche ausgelöst (Mitteilung Landesamt Gesundheit und Soziales, Berlin).

Der Krallenfrosch in der universitären Ausbildung

Wie der Bundesverband in seiner SATIS-Umfrage (veröffentlicht im Ethik-Hochschulranking (3)) ermittelt hat, werden in der universitären Ausbildung der medizinischen und biologischen Studiengänge noch immer Krallenfrösche verbraucht. Seine Verwendung ist dem § 10 Tierschutzgesetz zuzuordnen. Zwar handelt sich nicht um einen Tierversuch im engeren Sinne, aber um einen Tierverbrauch und ist daher in der Tierversuchsstatistik erfasst. Beispiele sind Sezierübungen in Anatomie-Kursen oder die »Herstellung« des sogenannten Straub-Herzens (s. unten) in der Physiologie (9). Nach der Enthauptung des Krallenfroschs wird das Herz mit seinen zu- und ableitenden Gefäßen für diesen Versuch frei präpariert. Ähnlich verhält es sich mit dem Nerven-Versuch: nachdem das Tier enthauptet und gehäutet worden ist, wird es in mehrere Teile geteilt und am Unterkörper der Ischias-Nerv für Aktionspotenzialmessungen freipräpariert (siehe Versuchsbeschreibung am Ende dieser Seite).

Nachstehend beispielhaft einige konkrete Versuche: Der Krallenfrosch in der Grundlagenforschung

1. Forschung am Gleichgewichtssinn für die Raumfahrt

Da Fisch- und Amphibienohren, insbesondere die Schwere-Sinnesorgane, denen des Menschen sehr ähnlich sind, flog eine Kaulquappe 1993 an Bord eines US-Space-Shuttles für 10 Tage ins All. 2009 lebte dieser Krallenfrosch noch beim Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum in Köln, so dass die Zeitung Die WELT darüber berichten konnte (10). Dieses Projekt ist zwischen 2008 und 2010 mit älteren Kaulquappen noch weiter geführt worden, um die Empfindlichkeit bei der Entwicklung des Gleichgewichtssinns in Abhängigkeit vom Alter der Tiere zu untersuchen. Daher wurden Kaulquappen unterschiedlichen Alters der Schwerelosigkeit ausgesetzt, um Auswirkungen auf den Gleichgewichtssinn zu untersuchen, denn zuvor waren die Krallenfrosch-Experimente auf Froschembryonen und sehr junge Kaulquappen begrenzt worden (9).

2. Untersuchung der Gewebetrennung durch Manipulation von Adhäsionsmolekülen

In einer wissenschaftlichen Untersuchung der Wirkung von Kalziumionen-abhängigen, transmembranen Adhäsionsmolekülen, die bei der Trennung von Zellschichten eine wichtige Rolle spielen (X-Cadherin-6), wurde ebenfalls der Krallenfrosch eingesetzt. Durch Injektion eines Hemmstoffes während eines 4-Zellstadiums in der Froschentwicklung studierten Wissenschaftler die Fehlentwicklung des Auges. Die sich daraus entwickelden Kaulquappen hatten entweder deformierte oder nur rudimentär entwickelte Augenanlagen. Am Ende der Versuche werden die Tiere in der Regel getötet (11).

Der Krallenfrosch in der Hormonforschung

Der glatte Krallenfrosch wurde bis in die 60er Jahren als erster Schwangerschaftstest genutzt. Südafrikanische Ärzte hatten einst entdeckt, dass ein Krallenfroschweibchen, dem man Urin einer schwangeren Frau gespritzt hatte, innerhalb von fünf bis 24 Stunden Eier legte. Der Hormonspiegel im Urin der schwangeren Frau löste dieses Verhalten aus (1).

In-Vivo-Testverfahren für die Entdeckung neuer Wirksubstanzen, die die Gefäßbildung beeinflussen können

Xenopus-Kaulquappen sind transparent. Daher werden sie gerne zur Untersuchung von Substanzen eingesetzt, die ihre Gefäßentwicklung beeinflussen. Im Untersuchungsfall waren die Kaulquappen knapp anderthalb Tage alt und in einem Stadium, in dem ihre Gefäße gerade ausgebildet werden. Da die Haut der Kaulquappen für kleine wasserlösliche Moleküle durchlässig ist, konnten die Forscher die Substanzen direkt in das Wasser geben, in dem die Kaulquappen umher schwammen. Nach geraumer Zeit testeten sie die Tiere auf erkennbare Hinweise auf Schäden am Gefäßsystem, z. B. auf Ödeme, Pigmentierungen und dokumentierten auch die sogenannte Absterberate der Tiere (12, 13, 14).

Der Krallenfrosch in der universitären Ausbildung

1. Die Straubherz-Präparation

Die Präparation des Froschherzens wird vor dem Praktikum der Studenten durch Mitarbeiter des Institutes vorgenommen. Der Frosch wird narkotisiert, getötet und folgend der Truncus arteriosus (gemeinsames Gefäß, bestehend aus Aorta und Lungenarterie) mit einem Faden abgebunden. An der zum Herzen führenden Hohlvene wird mit einer Schere ein kleiner Schnitt angebracht und eine vorher mit einer Lösung (Ringerlösung) gefüllte Kanüle (Straubkanüle) an der Schnittstelle eingeführt. Sie wird so weit vorgeschoben, bis sich die Kanülenspitze im Hohlraum des Herzens befindet und dann fixiert. Das vom Herzen in die Kanüle gedrückte Blut wird durch Ringerlösung ersetzt. Nach Abtrennen der restlichen Verbindungen wird das Herz zusammen mit der Straubkanüle aus dem Frosch herausgenommen und so für Untersuchungen genutzt (15). Nun können z. B. folgende Messungen vorgenommen werden: Untersuchung der Auswirkung des Entzuges von Calziumionen, Zugabe von Kaliumionen oder einer isotonischen Kochsalzlösung bzw. der Zugabe von Acetylcholin u.a. an einer isolierten Froschherz-Präparation (9).

2. Muskelphysiologie: Präparation des Nerv-Sklelettmuskel- und des Herzmuskelpräparates beim Krallenfrosch

Ein Krallenfrosch (Xenopus spec.) wird mit einer Guillotine enthauptet (dekapitiert) und das Rückenmark durch Einführen einer Sonde in den Rückenmarkskanal zerstört. Anschließend wird der Frosch enthäutet und der Körper mit einer speziellen Lösung (Ringerlösung) abgespült.

Nun werden zunächst »in-situ«-Präparate angefertigt: Für den »Nerven-Versuch« erhalten die Studenten den Unterkörper mit Extremitäten.

An den beiden Nervenstümpfen des Ischias-Nervs möglichst nah am Rückenmark wird ein Bindfaden befestigt, der später als Haltegriff dienen soll. Nun wird der Nerv rumpfwärts vom Knoten mit einer Schere getrennt. Alle restlichen Kontakte zum Bindegewebe werden entfernt. Das Becken wird nun halbiert. Die Oberschenkelmuskulatur des Froschbeins wird nun mit den Daumen auseinander gedrückt, bis der Nerv sichtbar wird. Dieser wird nun über die ganze Länge des Oberschenkels von Blutgefäßen und Bindegewebe frei präpariert.

Am Ende muss das Nerv-Muskel-Präparat während des ganzen Versuchs mit einer speziellen Lösung feucht gehalten werden. Zur Untersuchung des Kontraktionsverhaltens des Wadenbauchmuskels des Frosches wird das Nerv-Muskel-Präparat mit dem Oberschenkelstumpf in eine Knochenklemme eingespannt und mit einem an der Achillessehne befestigten Fadenstück an einem Biegestab-Messinstrument befestigt. Der Nervenstumpf wird vorsichtig über die Reizelektroden gelegt (Kathode muskelnah). Am Reizgerät wird ein Reizabstand von 5 Sekunden, eine Reizdauer von 0,2 Millisekunden und eine Reizamplitude von 10 Millivolt eingestellt. Das Beinpaar eines zweiten Frosches sowie die beiden Torsi verbleiben im »Muskel-Versuch« (16).

Quellen

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