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menschlichen Quellen
Wissenschaftler am Biodrucker
Biodruck von 3D-Gewebemodellen
strukturfördernden Stoffe aus dem BME auch in anderen Zellkultur-
Laboren routinemäßig für verschiedene Anwendungen gebraucht
werden, ginge die Zahl der zur Herstellung verwendeten Tiere sicher
in die Tausende, sagt Jens Kurreck.
Tierische Komponenten machen die Forschung
weniger verlässlich
Menschliche Zellen, die mit Hilfe von Blutserum aus Kälbern ernährt
und zur Vermehrung angeregt werden, aus denen dann mit
Hilfe strukturfördernder Stoffe aus Mäuse-Tumoren menschliche
Organmodelle gedruckt werden: „Wenn man sich diese Produktionsschritte
vor Augen führt, erkennt man eigentlich schon, dass sich
hier ein Potential für Fehler auftut, wenn man aus Experimenten mit
diesen Organmodellen auf die tatsächlichen Vorgänge im menschlichen
Körper schließen will“, erklärt Kurreck. Und dabei seien die
Organmodelle aus menschlichen Zellen im Prinzip schon wesentlich
besser in ihrer Vorhersagekraft als entsprechende Tierversuche,
wenn es um die gleiche Fragestellung geht. Hier werden zwar
auch schon beispielsweise menschliche Tumorzellen in Tiere eingebracht.
Diese menschlichen Zellen liegen dann aber immer noch
in Tiergewebe als Umgebung und kommunizieren auch mit diesen
tierischen Zellen, was eine Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf den
Menschen sehr erschwert.
Hinzu komme, so Kurreck, dass die genaue Zusammensetzung
tierischer Produkte wie etwa des fötalen Kälberserums immer
schwanke. Man könne sich also nicht darauf verlassen, dass die eine
Charge zum Beispiel das Wachstum der Zellen genauso anregt wie
die andere. „90 Prozent aller im Labor und in Tierversuchen aussichtsreichen
Kandidaten für Arzneimittel und sogar 97 Prozent
aller Kandidaten für Krebsmedikamente scheitern letztlich bei der
Erprobung am Menschen. Will man hier besser werden, muss das
Ziel sein, irgendwann ganz ohne Tierversuche und auch ganz ohne
tierische Zusatz- und Hilfsstoffe auszukommen.“
Mit dem ersten Gewebe-Modell der Leber völlig ohne Materialien
tierischer Herkunft ist dem Doktoranden Ahmed Ali und weiteren
Mitgliedern aus der Arbeitsgruppe von Jens Kurreck nun ein großer
Schritt in diese Richtung gelungen. Sie haben dafür das fötale Kälberserum
durch ein chemisch genau definiertes Nährmedium aus
Wachstumsfaktoren, Insulin, Selen sowie Zuckern und Salzen ersetzt.
„Wir mussten dieses Nährmedium nicht nur auf den speziellen
Typ der von uns verwendeten menschlichen Leberzellen anpassen,
sondern die Zellen auch in einem langsamen Prozess an die neue
Umgebung gewöhnen“, erzählt Kurreck. Denn geliefert wurden die
Ausgangszellen für den Start des Experiments natürlich noch von
einer Firma, die Kälberserum zu ihrer Vermehrung genutzt hatte.
Als Ersatz für das strukturfördernde Gemisch BME aus den
Mäuse-Tumoren verwendeten die Wissenschaftler*innen humanes
Kollagen aus Plazentas, die in Wiener Krankenhäusern nach Geburten
sonst als Abfall entsorgt worden wären. „Was sich so einfach
anhört, war in der Praxis ein komplexer Anpassungsprozess, der viel
Ausprobieren und auch eine umfassende Literaturrecherche notwendig
machte“, sagt Jens Kurreck. So mussten zum Beispiel die
Plastikschalen, in denen die Zellen kultiviert wurden, extra mit humanem
Kollagen aus den Plazentas beschichtet werden, um eine
ähnlich gute Haftung wie bei der herkömmlichen Methode zu erreichen.
Testergebnisse bestätigen die Gleichwertigkeit
der tierleidfreien Methode
Um ihr neues, tierleidfreies Leber-Modell zu testen, haben die Forscher*innen
es in Kontakt mit dem Giftstoff Okadasäure gebracht,
der von Algen produziert wird, sich in Muscheln ansammelt und zu
schweren Fischvergiftungen führen kann. Es zeigte sich, dass zweidimensionale
gedruckte Strukturen der Zellen die gleiche Empfindlichkeit
gegenüber dem Giftstoff aufwiesen, egal ob sie mit den alten
oder den neuen Substanzen ohne tierische Herkunft gezüchtet und
gedruckt worden waren. Ein dreidimensionales Gewebemodell der
Leber wies ebenfalls die von den Forschern für diesen Fall erwartete
Empfindlichkeit auf.
Überführung in die Praxis durch interdisziplinären Ansatz
Dass ihre neue, tierleidfreie Methode nicht nur schnell einen Weg in
die Praxis, sondern auch eine breite Anwendung findet, sehen die
beteiligten Wissenschaftler*innen optimistisch. Denn mit Albert
Braeuning vom Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) als nationaler
Behörde für Lebensmittelsicherheit war nicht nur ein potentieller
Anwender der Methode direkt an der aktuellen Veröffentlichung
beteiligt. Auch das Fachgebiet Lebensmittelbiotechnologie
und -prozesstechnik der TU Berlin von Prof. Dr. Cornelia Rauh hat
mit der Messung mechanischer Parameter der neuen 3D-Biodruck-
Tinte zu der Studie beigetragen. Die dortigen Wissenschaftler*innen
forschen gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Jens Kurreck
auch an kultiviertem Fleisch für die menschliche Ernährung, für das
ebenfalls Kultivierungsmethoden ohne fötales Kälberserum benötigt
werden. Eine zukünftige Optimierung der tierleidfreien Methode
wird in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet für Bioverfahrenstechnik
der TU Berlin von Prof. Dr. Peter Neubauer angestrebt. So
könnten etwa die humanen Kollagene in Zukunft in den benötigten
Mengen möglicherweise von Hefezellen hergestellt werden – oder
in fernerer Zukunft sogar direkt von menschlichen Zellkulturen.
Chemisch genau definierte Nährmedien und Strukturstoffe aus
Technische Universität Berlin
D 10587 Berlin
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