TiHo-Forscher entwickeln System, um Einfluss giftiger Substanzen auf die Hirnentwicklung zu testen

(19.09.2013) Beeinträchtigen Medikamente und Chemikalien aus der Umwelt die Entwicklung des menschlichen Gehirns im Mutterleib? Für eine Reihe von Substanzen ist solch eine Wirkung inzwischen bekannt, aber für eine Vielzahl von Chemikalien, die täglich in die Umwelt gelangen, und die jedes Jahr neu auf den Markt kommen, fehlen solche Informationen.

Es gibt keine regelmäßigen Überprüfungen. Wird getestet, ob eine Substanz die Gehirnentwicklung im Mutterleib beeinflusst, ist eine sehr hohe Zahl an Versuchstieren erforderlich, etwa 140 Muttertiere und 1.000 Jungtiere.

Die Auswertung aller Daten dauert zudem bis zu zwölf Monate. Diese Prüfungsmethoden sind nicht nur aus Tierschutzgründen kritisch, sie fordern auch einen hohen personellen Aufwand und sind kostspielig. Außerdem lassen sich die an Nagetieren gewonnenen Daten nicht immer eins zu eins auf den Menschen übertragen.


Eine 96-Fach-Zellkulturplatte. Jede Vertiefung enthält eine menschliche Zellkultur, die mit unterschiedlichen Konzentrationen des Umweltgiftes Methyl-Quecksilber behandelt wurde. Die Färbung zeigt die Viabilität der Zellen an: rosa = gesund, blau = geschädigt

An der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo) hat ein Forscherteam um PD Dr. Michael Stern aus der Arbeitsgruppe Zellbiologie unter der Leitung von Professor Dr. Gerd Bicker eine neue Methode entwickelt, mit der solche Substanzen auf Zellkulturbasis überprüft werden können.

Die Wissenschaftler arbeiten dafür mit menschlichen Krebszellen, sogenannten Ntera-2-Zellen. Der Kern der neuen Methode ist, dass sie die Zellen durch die Zugabe bestimmter Stoffe dazu bringen, sich in der Kulturschale zu Hirnzellen zu entwickeln.

Sie ahmen damit die Entwicklung der Fötushirnzellen nach. Um zu testen, ob eine Substanz schädlich für die Hirnentwicklung ist, geben die Wissenschaftler sie in unterschiedlichen Konzentrationen zu den sich entwickelnden Zellen.

Im Mutterleib finden während der frühen Embryonalentwicklung wichtige Schlüsselprozesse statt. Für die Entwicklung des intakten Gehirns ist es essenziell, dass diese Prozesse ungestört ablaufen: In dieser Zeit müssen sich neuronale Vorläuferzellen vermehren. Sie müssen an ihren vorbestimmten Zielort, beispielsweise die Großhirnrinde wandern, und sie müssen sich zu Nervenzellen entwickeln, die miteinander über Botenstoffe kommunizieren.

Diese Prozesse konnten die Zellbiologen im Labor nachahmen. Dabei konnten sie zeigen, dass die Zellen in gleicher Weise von schädlichen Substanzen beeinträchtigt werden, wie es aus der medizinischen Praxis bekannt ist. Sie testeten zum Beispiel die Wirkung von Methyl-Quecksilber, einem für seine hirnschädigende Wirkung bekanntem Umweltgift, das sich über die Nahrungskette in Fischen anreichert.

Außerdem gaben sie ein Epilepsie-Medikament zu den Zellen, das nicht in der Schwangerschaft verabreicht werden darf, weil es im Fötus Defekte im Zentralnervensystem verursachen kann.

Um die Methode im größeren Maßstab anwendbar zu machen, haben die Wissenschaftler ein automatisierbares Testsystem etabliert. Dazu kultivieren sie die Zellen in unterschiedlichen Konzentrationen der zu testenden Chemikalie. Während sich die Zellen zu Hirnzellen entwickeln, überprüfen die Wissenschaftler, ob sie dabei durch den Stoff gestört werden.

Mit einer Immunfluoreszenzmethode können sie die Entwicklung der Zellen in einem Plattenlesegerät automatisch messen. Damit erstellen sie sogenannte Konzentrations-Wirkungs-Kurven, an denen sich die spezifische Giftigkeit der Substanzen direkt ablesen lässt. Mit einem ähnlichen Verfahren ermitteln sie auch, ob die Zellwanderung durch die unterschiedlichen Wirkstoffkonzentrationen beeinflusst wird.

Die Ergebnisse dieser vom Bundesministerium für Forschung und Forschung (BMBF) geförderten Studie haben die Wissenschaftler in der internationalen Fachzeitschrift Archives of Toxicology veröffentlicht.
 
Professor Dr. Gerd Bicker sagt: „Der Test kann in Zukunft zur Vermeidung von Gesundheitsschäden bei Menschen beitragen - mit einem vertretbaren Aufwand und ohne den Einsatz von Versuchstieren.“

Für eine industrielle Anwendung muss jetzt als nächstes die Validierung bei der zuständigen EU-Behörde ECVAM vorbereitet werden. Die Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover setzt sich seit langem für die Verringerung von Tierversuchen ein. Stern und Bicker sind Mitglieder des 2009 gegründeten Zentrums für Ersatz- und Ergänzungsmethoden zum Tierversuch der TiHo.

Originalpublikation

Human Ntera2 cells as a predictive in vitro test system for developmental neurotoxicity Michael Stern, Andrea Gierse, Saime Tan, Gerd Bicker Archives of Toxicology, DOI 10.1007/s00204-013-1098-1
http://rd.springer.com/article/10.1007/s00204-013-1098-1



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