23.10.2019 - Technische Universität Berlin

Preis für tierversuchsfreie Forschung

3D Druck von Organmodellen ohne die Verwendung von tierischen Produkten

Die medizinische Forschung ist ständig auf der Suche nach Verfahren, die ohne Tierversuche auskommen. Zellkulturen und vor allem auch 3D-Gewebkulturen aus dem Biodrucker bergen dabei großes Potential. Oft übersehen wird dabei aber die Tatsache, dass die sogenannte Biotinte, die zum Drucken von Organmodellen benutzt wird, oder die verwendeten Kulturmedien zahlreiche tierische Komponenten wie fötales Kälberserum (FKS) oder Gelatine enthalten. Der Verein Ärzte gegen Tierversuche zeichnete jetzt ein Projekt von Dr. Johanna Berg und Prof. Dr. Jens Kurreck, Leiter des Fachgebiets "Angewandte Biochemie" der TU Berlin, mit dem Herbert-Stiller-Förderpreis aus. In dem Projekt wird ein Verfahren zum „Clean Bioprinting“ entwickelt. Ziel ist das Drucken von menschlichen Organmodellen vollkommen ohne die Verwendung von tierischen Produkten.

Nach einer Schätzung der European Biomedical Research Association aus dem Jahr 2017 sterben jedes Jahr allein zwischen einer und zwei Millionen Kälberfeten, um rund 800.000 Liter fetales Kälberserum zu produzieren, das weltweit in der Forschung genutzt wird. „FKS gilt nach wie vor als Goldstandard für den Einsatz in Nährmedien für Gewebekulturen, aber auch für die Biotinte beim Organdruck, da es die Zellen mit allen wichtigen Hormonen, Wachstumsfaktoren, Proteinen, Aminosäuren, Mineralstoffen und Spurenelementen versorgt, die sie zum Überleben benötigen“, so Johanna Berg. Neben dem FKS enthalten gerade Biotinten auch häufig Matrigel, eine Art Stützgel, das aus Mäusen gewonnen wird, die vorher mit einem bestimmten Tumor infiziert wurden. Matrigel dient den kultivierten Zellen als Wachstumsgrundlage.

Ein Schwerpunkt der Forschung von Jens Kurreck und seinem Team liegt auf der Etablierung und Erforschung von Lungen- und Leber-Organ-Modellen für die medizinische Forschung – mit dem Ziel, Tierversuche zu ersetzen. Dabei sind sie auf die Verwendung von Nährmedien und Biotinte angewiesen. „Daher erschien es uns nur folgerichtig, ein komplettes Verfahren zu entwickeln, dass keine Substanzen benötigt, für die Tiere geschlachtet werden müssen“, so der Biochemiker. Zwar existieren bereits sogenannte chemisch definierte Nährmedien, ohne tierische Komponenten. Sie sind aber erstens nicht in so breitem Stil anwendbar – jede Zellkultur muss darauf einzeln adaptiert werden. Zusätzlich funktionieren diese Medien bislang auch noch nicht so gut wie das FKS. Chemisch definierte Medien enthalten eine Mischung nichttierischer Biopolymere in exakt dosierter Zusammensetzung. „Ein Nachteil bestehender Medien: Die Zellkulturen müssen sich speziell auf jedes Medium einstellen und das dauert in der Regel einige Wochen. Daneben lassen sie einige Eigenschaften vermissen, die wir für das 3D-Drucken von Organ-Modellen benötigen“, erläutert Jens Kurreck.

Den Herbert-Stiller-Förderpreis des Vereins Ärzte gegen Tierversuche in Höhe von 20.000 Euro wollen die Wissenschaftler einsetzen, um eine Biotinte für Lungen- und Leber-Organmodelle zu entwickeln, in denen sowohl das FKS als auch das Matrigel und die Gelatine ersetzt werden. „Dazu gehen wir von bekannten Grundsubstanzen aus und experimentieren in den kommenden zwei Jahren mit dem Zusatz und der Menge verschiedenster Biopolymere, Wachstumsfaktoren, Proteine, etc.“, so Johanna Berg. „Für uns ist es nicht nur wichtig, dass die Biotinte die Zellen am Leben erhält, sie muss auch im Handling, während des Druckprozesses und später im Organ-Modell verschiedene wissenschaftliche und technische Kriterien erfüllen.“

Ein chemisch definiertes Medium hätte neben dem Tierwohl aber auch noch andere Vorteile gegenüber dem FKS: „Interessanterweise ist die exakte Zusammensetzung des FKS bis heute nicht bekannt. Es variiert stark in der Zusammensetzung – je nachdem, woher es stammt. Es ist also nicht standardisierbar. Das bedeutet, dass man aus Gründen der Vergleichbarkeit Experimente immer mit der gleichen Charge durchführen sollte, was häufig nicht möglich ist. Daneben birgt FKS immer das Risiko, dass es mit tierischen Krankheitserregern infiziert ist, so dass es niemals für therapeutische Verfahren am Menschen eingesetzt werden kann“, weiß Johanna Berg. Probleme, die bei der Verwendung von tierfreien Seren nicht auftreten.

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