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Was sind Tierversuchsfreie Verfahren?

Um eine konkrete Vorstellung davon zu vermitteln, was tierversuchsfreie Verfahren sind, haben wir einige gängige Methoden zusammengestellt. Die Beispiele sollen einen Eindruck von der Vielfalt der Möglichkeiten geben und haben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. 

Tierversuchsfreie Verfahren kommen – wie der Name schon sagt – ohne den Einsatz von Tieren aus, ob es sich um die Testung von Wirkstoffen, Medizinprodukten, therapeutischen Maßnahmen handelt oder um die Grundlagenforschung, die dem reinen Erkenntnisgewinn dient.
Zu den tierversuchsfreien Verfahren zählen die sogenannten in vitro-Methoden, wie beispielsweise Zellkulturen oder künstliche Organe, in silico-Methoden, wie Computersimulationen, bildgebende Verfahren oder der Einsatz von Probanden. „Tierversuchsfreie Verfahren“ müssen von den „tiereinsatzfreien Verfahren“ unterschieden werden, denn diese arbeiten zwar zumeist mit menschlichen oder tierischen Zellkulturen. Akzeptabel sind sie aus Sicht des Tierschutzes nur, wenn hierfür dauerhaft vermehrbare Zelllinien eingesetzt werden und nicht ständig neue Tiere getötet werden müssen.

In vitro-Verfahren: Zellen und Zellkulturen

Als in vitro-Verfahren (lat.“ im Glas) bezeichnet man Vorgänge, die außerhalb eines lebenden Organismus zum Beispiel im Reagenzglas stattfinden. Für diese verwendet man Zellen, sogenannte Zelllinien, Primärkulturen und zunehmend auch Stammzellen. Um zum Beispiel die Giftigkeit einer Substanz zu überprüfen, werden die Zellen oder Zellkulturen der Substanz ausgesetzt. Dann werden die Stoffwechselprozesse, die in den Zellen stattgefunden haben, auf verschiedene Weise untersucht. Mittels einer Analyse der Zell-DNA und dem Vergleich von behandelten und unbehandelten Zellen kann beispielsweise festgestellt werden, ob der Stoff genetische Veränderungen wie Mutationen hervorruft. Um etwas über die Gesamtheit der Proteine in der Zelle aussagen zu können, werden sogenannte Proteinspektren erstellt. Die sogenannte Metabolomanalyse ermöglicht es, den Stoffwechselstatus der behandelten Zellen zu ermitteln und mit dem unbehandelter Zellen zu vergleichen. 

Höchst präzise Verfahren können Tierversuche ersetzen

Während man am Tier nur feststellen kann, dass etwas passiert, wird in der Zell-Kultur dagegen ersichtlich, was passiert. Die Untersuchungsmöglichkeiten im in vitro-Verfahren sind höchst präzise, vor allem bei einer Kombination mehrerer Methoden. Insofern ist der Tierversuch ein grober Ansatz und die Erkenntnisse ungenau. Allerdings ist der Tierversuch am lebenden Organismus – wie von den Befürwortern immer wieder betont  – systemisch bzw. ganzheitlich. Sobald auch der ganzheitliche Ansatz mittels alternativer Verfahren künstlich außerhalb eines lebenden Tiers dargestellt werden kann und alle wichtigen Stoffwechseleinzelschritte mit den Zellkulturverfahren testbar sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass für die Wirkstofftests bzw. Giftigkeitsprüfungen kaum noch oder keine Tiere mehr notwendig sein werden. Eine solche Perspektive wird nicht nur von Tierschützern, sondern auch von führenden Wissenschaftlern als durchaus wahrscheinlich gesehen. Solange jedoch noch nicht alle nötigen in vitro-Verfahren vorliegen und der systemische Ansatz noch nicht komplett simuliert werden kann, werden die neu entwickelten Verfahren – wenn sie evaluiert worden sind – zumindest in Vortests – eingesetzt und reduzieren bereits heute die Anzahl der verwendeten Tiere.

Künstliches Darmmodell bringt zusätzliche Erkenntnisse

Ein Beispiel ist das entwickelte künstliche Darmmodell der Forschergruppe der Abteilung Biopharmazie und Pharmazeutische Biotechnologie der saarländischen Universität. Zur Untersuchung des Einflusses von Entzündungsprozessen auf die künstlich nachgebildete Darmschleimhaut wurde eine Zelllinie, zusammen mit Abwehrzellen in einer Bindegewebsschicht kultiviert. Anhand eines entzündungsauslösenden Stoffes ließ sich u.a. nachweisen, dass das Zellkultursystem Entzündungssymptome zeigte. Das Modell kann auch zum Testen von Medikamenten genutzt werden. Hätte man hier ein Tier eingesetzt, so hätte dies Entzündungssymptome gezeigt, der Mechanismus, weshalb das passiert, wäre aber nicht klar erkennbar gewesen. Insofern bringen in vitro-Kulturen auch einen Erkenntnisgewinn.

Menschliches Blut statt Kaninchen

Es gibt auch Ersatzverfahren, die ohne den Umweg über ein Zellkulturenmodell funktionieren. In der Immunologie wird beispielsweise mit dem „PyroDetect-System“ gearbeitet. Dabei wird an menschlichem Blut getestet, ob sich an oder in medizinischen Produkten Bestandteile von gefährlichen fieberauslösenden Substanzen befinden. Grundmechanismus ist die angeborene menschliche Immunreaktion auf Fremdkörper, die eine Abwehrreaktion auslöst. Als Nachweis dient der in den Abwehrzellen befindliche Botenstoff.Der Vorteil besteht nicht nur in der schnellen Anwendbarkeit, der Test ist auch ökonomischer als der Tierversuch mit Kaninchen.

In silico: Computersimulationen und Vorhersagemodelle

Der Begriff „in silico“ ist angelehnt an das lateinische Wort „silicio“ (Silicium) und beschreibt Computergestützte Methoden. Dabei handelt es sich beispielsweise um Datenbanken, die u.a. Informationen aus bereits gelaufenen Giftigkeitsprüfungen enthalten sowie Simulationsabläufe zur Vorhersage der untersuchten Eigenschaften eines Stoffes. Die sogenannten Metadatenbanken sind zum Teil frei im Internet verfügbar. Ein gutes Beispiel ist das Computer-Vorhersagemodell „VirtualToxLab“, mit dem sich potentielle Störungen des Hormonhaushalts, des Stoffwechsels oder die krebsauslösende Wirkung von Substanzen vorhersagen lassen. Das Modell wurde von der Schweizer Biographics Laboratory 3R entwickelt, die auf der InVitroJobs-Arbeitsgruppenliste vertreten ist. Weitere in silico-Verfahren sind das sogenannte „Read-across“, bei der ein Stoff mit einer Stoffgruppe mit ähnlichen Eigenschaften verglichen wird oder  das sogenannte „QSAR“, das Aussagen zur prozentualen Giftigkeit eines Stoffes ermöglicht. Hinzu kommen Datensammlungen über klinische Studien oder Bevölkerungsstudien. Mithilfe einer Vorhersagesoftware lässt sich beispielsweise die Wahrscheinlichkeit errechnen, ob ein Stoff giftig ist. 

Simulation des menschlichen Gehirns

Ein bekanntes und sehr ehrgeiziges Projekt ist das „Human Brain Project“, an dem 13 europäische Forschungseinrichtungen aus neun Ländern arbeiten. Dabei soll mit Hilfe von Computersimulationen die Arbeit des kompletten menschlichen Gehirns nachgestellt werden. Die Forscher konstruieren dabei die Strukturen virtuell auf Basis von Daten, die am lebenden Gewebe gesammelt wurden. 
Künstliches Lungenmodell zur Testung von MedikamentenEin anderes interessantes Verfahren ist die dreidimensionale Konstruktion eines Organmodells, das die natürlichen Bedingungen der Lunge im Menschen simuliert. Dabei kann sogar asthmatisches oder geschädigtes Gewebe nachgebildet werden, um neue Medikamente zu testen. Mit bildgebenden Verfahren lassen sich vielfach auch in der Grundlagenforschung oder bei medizinischen Fragestellungen wertvolle Ergebnisse ohne Tierversuche erzielen.

Probanden und bildgebende Verfahren

Ein aktuelles Beispiel für den Einsatz von Probanden ist eine Studie aus der Alkoholismus-Forschung. Dabei wurden die Gehirne von 13 Alkoholikern und 12 Nicht-Alkoholikern vor und nach dem Trinken gescannt. Eine radioaktiv markierte Substanz zeigte an, wo und in welchen Mengen Endorphine im Gehirn freigesetzt wurden. So konnten die Forscher feststellen, wo sich die Stelle im Hirn befindet, von der die Suchtwirkung des Alkohols ausgeht. Diese Erkenntnisse helfen, neue Mittel gegen den Alkoholismus zu entwickeln.

Simulatoren zur Testung von Medizinprodukten 

Während man bisher für die Testung künstlich entwickelter Herzklappen Schafe verwendete, wurde nun ein sogenanntes Flusskammersystem entwickelt, das die Umgebung der Herzklappe nach Einsetzen in den menschlichen Körper simuliert. Dies ermöglicht es, die Zuverlässigkeit von Herzklappen ohne den Einsatz von Tieren zu testen. Die Konstruktion besteht aus einer geschlossenen Kammer, in der die beweglichen Herzklappen angebracht sind. Diese wird mit einer blutähnlichen Lösung befüllt. In dem abgeschlossenen und kontrollierbaren System können u.a. Blutfluss, Blutdruck, Herzfrequenz, und Temperatur simuliert und verändert werden. Da dieses System kontrollierbar und beobachtbar ist, können weitere Parameter studiert werden. Im Tierversuch ist dies nicht möglich.

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