Cell-Tracking

Neues Verfahren kann Tierversuche reduzieren

Tübinger Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das Zellen in Mäusen gezielt sichtbar machen kann. Dadurch könnte der Einsatz von Versuchstieren reduziert werden.

PET-Gerät

Mithilfe eines PET-Gerätes markierte Zellen auf dem Bildschirm sichtbar machen | © Christoph Reichelt / Universität Tübingen

Mithilfe des neuen Verfahrens können bestimmte Zelltypen in Mäusen gezielt markiert werden und ihr Verhalten durch Positronen-Emissions-Tomographie (PET) verfolgt werden. Das neue „PET-basierte Cell-Tracking“ kann komplexe Lebensprozesse im Körper besser sichtbar machen, ohne die Versuchstiere mit invasiven Methoden zu belasten. Forschungen zu Krankheiten wie Herzinfarkt, Diabetes oder Alzheimer können dadurch vereinfacht werden. „Die Möglichkeit, das Verhalten ausgewählter Zellpopulationen im lebenden Tier nichtinvasiv und in Aktion zu beobachten, eröffnet neue Wege für die Erforschung, Erkennung und Behandlung von Krankheiten. Gleichzeitig reduziert sie die Belastung und Anzahl der Versuchstiere gegenüber bisherigen Methoden“, erklärt Prof. Robert Feil.

Die Wanderung und Veränderung der zahlreichen verschiedenen Zelltypen im Körper ist nicht nur ein normaler Körperprozess, sondern kann auch Merkmal zahlreicher Krankheiten sein. Die Vermehrung und Migration von Immunzellen kann zu Entzündungen führen, unkontrollierbares Zellwachstum löst Krebs oder Arteiosklerose aus und der Verlust bestimmter Zellpopulationen ist die Ursache für Diabetes mellitus oder Alzheimer-Demenz. Da diese Vorgänge auf komplexen Interaktionen verschiedener Zelltypen beruhen, müssen diese verstanden und der ganze Organismus in den Blick genommen werden.

Mathematische Modelle helfen Mathias Busek.

Alle wollen Medikamente – da reden wir nicht über Tierversuche. Diese sind in der medizinischen Forschung bislang ein notwendiges Übel. Eine vielversprechende Alternative sind mikrophysiologische Systeme, in denen Organe und Organsysteme "nachgebaut" werden.

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Die neue Methode beruht auf einem künstlichen PET-Reporter-Enzym, das durch einen genetischen Trick in jedem Zelltyp der Maus gebildet werden kann. Durch dieses Enzym sammelt sich in den spezifischen Zellen eine radioaktive Substanz, der sogenannte PET-Tracer, an. Diese für das Tier unschädliche radioaktive Strahlung wird von einem Positronen-Emissions-Tomographen erkannt und auf einem Bildschirm sichtbar gemacht. Die PET wird schon seit längerem auch bei Menschen eingesetzt, denn sie belastet den Organismus weniger als andere Untersuchungsmöglichkeiten.

Die bisherigen Verfahren kamen meist nur für wenige Zelltypen infrage und machten teils sehr belastende Untersuchungen möglich oder erforderten die Tötung der Tiere. „Durch den Einsatz moderner Bildgebungsmethoden können wir eine Verringerung der Versuchstierzahl um bis zu 80 Prozent erreichen“, sagt Dr. Martin Thunemann, Erstautor der Studie. „Die markierten Zellpopulationen können mit unserer Methode nichtinvasiv in lebenden Mäusen über viele Wochen verfolgt werden, sodass die gleiche Gruppe von Tieren wiederholt untersucht werden kann.“

Beliebige Zelltypen sichtbar machen

Das neu entwickelte Reportersystem könne zur Darstellung jedes beliebigen Zelltyps verwendet und mit beliebigen Krankheitsmodellen kombiniert werden, so Feil. In der Studie markierten die Autoren Blutplättchen, Herzmuskelzellen oder T-Zellen in Versuchsmäusen und verfolgten dann ihr Verhalten bei Herzinfarkt oder Entzündungsreaktionen. Dadurch ist es für viele Anwendungen in der Grundlagenforschung anwendbar. „Denkbar ist unter anderem die nichtinvasive Analyse von Herzkrankheiten, Diabetes, Entzündungen sowie Tumorbildung und Metastasierung. Außerdem könnte man in der regenerativen Medizin die Entwicklung transplantierter Zellen verfolgen. Auch für die Pharmaindustrie ist die Technik interessant, um neue Wirkstoffe und Behandlungsmethoden zu testen,“ erläutert Feil.

Diese Arbeit reiht sich in die „Tübinger Grundsätze zu Tierschutz und Tierversuchen“ ein. Dort legt die Universität verbindliche Regeln und Zielvorgaben für einen verantwortungsvollen Umgang mit Tierversuchen fest und fördert die Forschung an neuen Methoden. Trotz der Verbesserung der Untersuchungen können die Lebenswissenschaften in absehbarer Zeit nicht vollständig auf Tierversuche verzichten. Doch für die Forschung am Zusammenspiel von Zellen, Geweben und Organen im Gesamtorganismus werden weiter Tierversuche notwendig sein. Daher sei es wichtig, Untersuchungsmethoden zu optimieren, um die Anzahl und Belastung der Versuchstiere zu verringern sowie die Quantität und Qualität der pro Tier erhobenen Daten zu erhöhen.

Feil und sein Team vom Interfakultären Institut für Biochemie (IFIB) der Universität Tübingen führten die Studie gemeinsam mit dem Werner Siemens Imaging Center und den Abteilungen für Kardiologie, Pathologie und Physiologie des Universitätsklinikums Tübingen sowie der Nuklearmedizin des Universitätsklinikums Münster durch. Die Ergebnisse werden nun in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: idw/Universität Tübingen, 05.09.2017

Literatur:

Thunemann M, Schörg BF, Feil S, Lin Y, Voelkl J, Golla M, Vachaviolos A, Kohlhofer U, Quintanilla-Martinez L, Olbrich M, Ehrlichmann W, Reischl G, Griessinger CM, Langer HF, Gawaz M, Lang F, Schäfers M, Kneilling M, Pichler BJ, Feil R. Cre/lox-assisted non-invasive in vivo tracking of specific cell populations by positron emission tomography. Nature Communications. 2017; DOI: 10.1038/s41467-017-00482-y