Diese Website durchsuchen

Forscherinnen und Forscher vom CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und vom Ludwig Boltzmann Institute for Network Medicine (LBI-NetMed) der Universität Wien haben mit Hilfe von Deep Learning-Modellen altersbedingte Veränderungen in menschlichen Geweben systematisch und quantitativ erfasst. Diese „Tissue Clocks“ lieferten eine Schätzung des biologischen Alters, das nicht mit der tatsächlichen Lebenszeit übereinstimmte und so Hinweise auf beschleunigte oder verlangsamte Alterungsprozesse geben konnte. Altern ist der wichtigste Risikofaktor für chronische Erkrankungen und geht mit tiefgreifenden strukturellen Veränderungen menschlicher Gewebe einher. In der Studie stellten die Autoren eine umfassende Analyse dieser Veränderungen anhand von annähernd 26.000 histopathologischen Gewebeschnitten aus 40 Gewebetypen von knapp 1.000 Individuen der Genotype-Tissue Expression (GTEx) Kohorte vor. Die Gewebeproben stammten von verstorbenen Menschen, die hauptsächlich durch Unfall, Suizid oder natürliche Ursachen verstorben waren. Mithilfe von Deep Learning-Modellen wurden feine morphologische Veränderungen quantifiziert und sogenannte „Tissue Clocks“ entwickelt. Diese sagen das biologische Alter vorher, indem sie die Beschaffenheit und Erhaltung der Gewebearchitektur eines Organs oder Gewebes (strukturelle Integrität) und physiologische Fitness von Geweben widerspiegelten. Die „Tissue Clocks“ korrelieren mit etablierten Alternsmarkern wie Telomerverkürzung, subklinischen Pathologien und Komorbiditäten. Es wurden Unterschiede in der Alterungsgeschwindigkeit verschiedener Organe festgestellt, die mit demografischen, Lebensstil- und medizinischen Faktoren zusammenhängen. Die Methode ist geeignet, um altersbedingte Veränderungen und krankheitsspezifische Alterungsprozesse in einzelnen Organen zu erkennen. Originalpublikation: Abila, E., Buljan, I., Zheng, Y. et al. Histological aging signatures for monitoring tissue-specific aging and disease. Nat Med (2026). https://doi.org/10.1038/s41591-026-04566-5 Weitere Informationen: https://www.bionity.com/de/news/1189645/organe-altern-unterschiedlich-schnell-ein-bluttest-verraet-welche.html?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=bionityde--2026-08-24--2&mtm_group=bionityde&WT.mc_id=ca0264

Forscherinnen und Forscher der Universitäts-Augenklinik Würzburg entwickeln ein 3D-Modell der menschlichen Bindehaut, das die Biologie der Augenoberfläche möglichst genau nachbildet und dabei helfen soll, Entzündungen in der Bindehaut besser zu verstehen und Wirkstofftests schneller durchzuführen. Eine Bindehautentzündung kann schmerzhaft und belastend sein. Computer-generiert. Das Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Malik Salman Haider entwickelt das Entzündungsmodell auf Basis eines bereits gut charakterisierten 3D-Sphäroidmodells der gesunden menschlichen Bindehaut, das kürzlich in Scientific Reports publiziert wurde (siehe unten). Die im Projekt entwickelte Bindehaut-Sphäroid-Plattform soll das Hochdurchsatz-Screening neuer therapeutischer Wirkstoffe ermöglichen und die Untersuchung der Augenverträglichkeit sowie der entzündungshemmenden Eigenschaften von Stoffen unter kontrollierten Laborbedingungen erlauben. Die Stiftung zur Förderung und Erforschung von Ersatz- und Ergänzungsmethoden zu Tierversuchen (SET) unterstützt das Forschungsprojekt „A Human Conjunctival Spheroid Platform for Inflammation and Ocular Safety Testing“ mit 99.972 Euro. Publikation: Liang, Z., Aslam, M., Haq, W. U., Wiesler, M., Mutlu, S. N., Stahlhut, P., ... & Haider, M. S. (2026). A high-throughput 3D conjunctival spheroid model for standardized in vitro testing. Scientific Reports, 16(1), 23101. https://doi.org/10.1038/s41598-026-63887-0 Weitere Informationen: https://www.ukw.de/aktuelle-meldungen/detail/news/mit-spaeroid-plattform-bindehautentzuendungen-besser-verstehen-und-tierversuche-reduzieren/

Ein Forschungsteam unter Leitung der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) entwickelt eine neue Plattform, um die Kardiotoxizität von Arzneimitteln in einer frühen Entwicklungsphase zu testen. Dabei setzt das Team auf eine innovative Konstruktion von 3D-Systemen aus menschlichem Gewebe, den sogenannten Herz-Organoiden. Das Forschungsteam will 3D-Organoide in ein mehrschichtiges Elektrodennetz integrieren, um Herzsicherheit von Medikamenten zu gewährleisten. Foto: Copyright: Karin Kaiser/MHH Ein internationales Forschungsteam um Prof. Dr. Robert Zweigerdt, Leiter einer Arbeitsgruppe an den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) der Klinik für Herz-, Thorax,- Transplantations- und Gefäßchirurgie an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), entwickelt 3D-Systeme aus menschlichem Gewebe, sogenannte Herzorganoide, und lässt sie in einem zweischichtigen 3D-Mesh-Mikroelektrodenarray (Mesh-MEA) wachsen. Dieses mikroskopisch kleine Elektrodensystem ist wie ein hauchdünnes Spinnennetz aufgebaut. Die Organoide wachsen um und durch dieses Netz, sodass es komplett in das Organoid integriert wird. Zudem soll eine in die Mesh-MEA integrierte, sogenannte laserbasierte Optoporation ermöglichen, zusätzlich elektrische Signale aus dem Zellinneren auszuwerten. Mit der Mesh-MEA-Plattform will das Team über eine Art Mini-EKG die Kardiotoxizität testen und Arzneimittelreaktionen vorhersagen. Das Projekt wird von der Europäischen Union mit rund drei Millionen Euro gefördert. Quelle und weitere Informationen: https://www.mhh.de/presse-news/neue-test-plattform-fuer-herzsicherheit-von-medikamenten https://www.heartcore-eic-pathfinder.eu/

Das Joint Research Center (JRC) der Europäischen Kommission (GD JRC) hat unter Mitwirkung der Generaldirektion Forschung und Innovation (GD RTD) einen Bericht über die derzeitigen Stand der Entwicklung von Künstlicher Intelligenz in der Biologie, ihre Fähigkeiten und die politischen Folgen und Konsequenzen erstellt. Logo des EuroHPC. Wikimedia, CC0 1.0 Universal. Die wissenschaftliche Grundlage sei solide, und die Rechenkapazität des European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) reiche grundsätzlich aus, um die größten der untersuchten Modelle zu trainieren. Jedoch stellten Koordination, Daten-Governance* und die Zusammenarbeit innerhalb der EU die entscheidenden Hemmfaktoren dar. KI-Modelle für die Biologie entwickeln sich rasant weiter und verändern die Art und Weise, wie Forschung unter anderem in den Bereichen Proteindesign, Genomanalyse und Wirkstoffforschung betrieben wird. Für ihre Untersuchungen haben die Wissenschaftler:innen eine strukturierte Analyse von 480 biologischen KI-Systemen mit einer Bewertung der wissenschaftlichen Reife, der Einsatzbereitschaft und der aktuellen Hindernisse kombiniert. In ihrem Bericht ziehen die Forscher:innen vier Schlussfolgerungen. Die Fortschritte bei den Forschungsmodellen im Bereich der biologischen KI seien real. jedoch entwickelten sich die biologische KI-Modelle dort am schnellsten, wo Daten reichlich vorhanden und strukturiert sind (Proteinstruktur, Moleküldesign, Sequenzmodellierung). Im Gegensatz dazu hinken sie in der Einzelzellbiologie, Metabolomik oder klinischen Umsetzung hinterher. Die Politik solle daher dieser Konzentrationsdynamik entgegenwirken, durch welche sonst bahnbrechende Erfolge Talente und Investitionen aus unterversorgten Bereichen abziehen könnten. Die EU verfüge über die Grundlagen zur Entwicklung biologischer KI-Modelle, es mangele jedoch an Koordination. Es gäbe ausreichend Rechenkapazität, um selbst die größten der untersuchten biologischen KI-Modelle zu trainieren. Dennoch gehöre nur eine europäische Einrichtung - nämlich die TU München - zu den 20 weltweit führenden Entwicklern. Die Zusammenarbeit innerhalb der EU hinke der Zusammenarbeit zwischen der EU und den USA hinterher. Wissenschaftliche Reife eines biologischen KI-Modells bedeute nicht automatisch auch Einsatzbereitschaft. Keines der derzeit gängigen Modelle keines dieser Modelle habe eine umfassende Bewertung der Einsatzreife für den klinischen, regulatorischen oder industriellen Einsatz durchlaufen. Zudem gingen derzeitige politische Rahmenbedingungen der EU von Bewertungsmethoden für biologische KI-Modelle aus, die noch nicht existieren. Erhebliche Unsicherheiten bestünden hinsichtlich der Methoden zur Sicherheitsbewertung, des Dual-Use-Risikoprofils öffentlich zugänglicher Modelle sowie der Entwicklung der Entwicklungskapazitäten in der EU. Daher gehörten zu den politischen Handlungsoptionen eine koordinierte Steuerung biologischer Trainingsdaten, die koordinierte Nutzung der europäischen Recheninfrastruktur und Anreize für die EU-interne Zusammenarbeit im Bereich der biologischen KI sowie eine harmonisierte Reifegradbewertung. Quelle und weitere Informationen: Originalpublikation: Ruiz Serra, V. and Fortuna, P. and Curion, F. and Petrillo, M. and Leoni, G. and Bili, D. and Melandri, D. and Vangheluwe, N. and Comte, V. and Bertolini Agnoletto, L. and Coecke, S. and Ceresa, M. and Querci, M. and Wiesenthal, T. (2026). Artificial Intelligence for Biology: Capabilities, Readiness, and Policy Implications. Publications Office of the European Union. doi:10.2760/9397036. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC147549 https://www.eurohpc-ju.europa.eu/index_en Website des JRC: https://joint-research-centre.ec.europa.eu/jrc-news-and-updates/biological-ai-models-new-paradigms-leverage-languages-life-2026-08-24_en?utm_source=Altertox+ACADEMY&utm_campaign=8063b2986e-EMAIL_CAMPAIGN_2024_08_23_07_53_COPY_01&utm_medium=email&utm_term=0_-65c7e4a26b-1360009&mc_cid=8063b2986e&mc_eid=6733e47126 * Daten-Governance bezeichnet die Gesamtheit der rechtlichen, ethischen, organisatorischen und technischen Maßnahmen, die den Umgang mit Daten regeln.

Hier lernt man etwas: Unter dem Namen 3Rs InfoHub gibt es an der Freien Universität Berlin eine empfehlenswerte Plattform, die anfänglichen und fortgeschrittenen Studierenden dabei hilft, die geeignetsten Verfahren zum Ersatz, zur Reduktion oder zur Verfeinerung von Tierversuchen zu finden oder darüber zu lernen. Institut für Pharmazie der Freien Universität Berlin. Foto: Fridolin Freudenfett (Peter Kuley), Wikipedia, CC BY-SA 3.0 Die Plattform wird von der Veterinärmedizinerin Dr. Vivian Kral, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Pharmazie und Toxikologie der FU Berlin, und dem Pharmazeuten PhD Christian Zoschke vom Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit sowie weiteren Mitarbeiter:innen aus dem Bereich Pharmazie betrieben. Neben Aufklärung über Methoden, z.B. in Form von Interviews in Podcasts, die Studierende mit namhaften Entwickler:innen führen, gibt es Kurse, z.B. zu Grundlagen der wichtigsten Organe, Entwicklung von Organoiden (Hirn, Niere, Lunge, Leber, Haut, Herz, Reproduktionsorgane, Schilddrüse, Hormonsystem), aber auch zugehörige Techniken wie Multielektroden-Arrays, Organerkrankungen und ihre Nachbildung in Form von in vitro-Krankheitsmodellen sowie in silico-Methoden. Alle Abschnitte enden mit einem Quiz für die Lernkontrolle. Hier geht es zur Plattform: https://www.3rsinfohub.de/index.html

Der US-amerikanische Hersteller Bruker steigt beim Organ-on-a-Chip-Systementwickler MIMETAS ein. Gemeinsam wollen sie eine industrielle Plattform für die Wirkstoffforschung entwickeln. Foto: computer-generiert (Gemini). MIMETAS entwickelt mit seiner OrganoPlate-Plattform sogenannte Organ-on-a-Chip-Systeme, in denen menschliche Gewebe unter kontrollierten Bedingungen kultiviert und untersucht werden können. Bruker bringt dazu Technologien für Proteomik, Metabolomik, NMR, Spatial Biology und präklinische Bildgebung ein. Quelle und weitere Informationen: https://transkript.de/artikel/2026/organoide-bleiben-spannend-bruker-steigt-bei-mimetas-ein/ https://www.bionity.com/de/news/1189529/bruker-steigt-bei-organ-on-a-chip-spezialist-mimetas-ein.html?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=bionityde--2026-08-10--2&mtm_group=bionityde&WT.mc_id=ca0264

Das European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare (EDQM) hat die Aufgabe, verbindliche Qualitätsstandards für Medikamente und die Gesundheitsversorgung festzulegen. Die Kommission des Europäischen Arzneibuchs befasst sich nun mit der schrittweisen Abschaffung des LD50-Tests an Mäusen aus ihren Monografien zu Botulinumtoxin. Dafür will sie ihre Arbeitsgruppe Botulinumtoxin (BOT WP) wieder aktivieren und sucht Mitglieder. Foto: computer-generiert (Gemini). Ziel ist es, eine Roadmap und einen konzeptionellen Rahmen zur schrittweisen Reduktion und zum vollständigen Ersatz des LD50 bei der Chargenprüfung von Botulinumtoxin-Präparaten zu erarbeiten. Das Vorhaben wird von einer EU-weiten Kampagne der Europäischen Koalition zur Beendigung von Tierversuchen (ECEAE) "Stop Botox Animal Testing!“ flankiert, die die Streichung des Mäusetests aus dem Europäischen Arzneibuch und Transparenz hinsichtlich der Anzahl der verwendeten Tiere und des Zwecks der Versuche einfordert. Auch im Vereinigten Königreich sollen bis 2027 Tests zur Wirksamkeit von Botox an Mäusen nicht mehr erlaubt sein. Jede Charge mit höchstbelastenden Tierversuchen verbunden Beim LD50-Test (LD - Lethal Dosis) an Mäusen wird jene Dosis einer Substanz ermittelt, bei der 50 Prozent der eingesetzten Versuchstiere sterben. Bekannt ist dieser Test vor allem durch die Qualitätskontrolle von Botulinumtoxin (Botox), bei dem Mäuse das Gift in die Bauchhöhle injiziert bekommen und diese über Tage qualvoll an Atemlähmung ersticken. Da es sich um ein hochwirksames Neurotoxin handelt, muss die biologische Aktivität für jede Charge festgestellt werden. Der klassische LD50-Test an Mäusen zur Bestimmung der biologischen Potenz ist in den Monographien für Botulinumtoxin Typ A (2113) und Typ B (2581) noch immer verankert. Jede Produktcharge wird traditionell so geprüft, weshalb europaweit geschätzt jährlich bis zu 350.000 Mäuse für diese Tests sterben. (1) Genauere Zahlen liegen für den Zweck nicht vor. Die europäische Medizinagentur (EMA) und die amerikanische FDA (Food and Drug Administration) regulieren Botulinumtoxin-Produkte nicht als Kosmetika, sondern als verschreibungspflichtige biologische Arzneimittel. In Europa gilt die Pharmakopöe (das Arzneibuch). Die Behörden verlangen den Nachweis der biologischen Aktivität für jedes einzelne Produkt. Während früher der LD50-Test an Mäusen Standard war, fordern EMA und BfArM heute den Wechsel auf validierte zellbasierte Alternativmethoden, sobald diese für das jeweilige Produkt zugelassen sind. Der amerikanische Konzern Allergan hat bereits 2011 von der Food and Drug Administration (FDA) die Zulassung für einen vollständigen, auf Zellen basierenden in-vitro-Test erhalten, mit dem er die Stabilität und Potenz seiner Produkte BOTOX® (Onabotulinumtoxin A) und BOTOX® Cosmetic testen kann. In Deutschland hat im Dezember 2015 das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) einen zellbasierten Assay zum Ersatz des LD50- Aktivitätstests an Mäusen für bestimmte Arzneimittel mit dem Wirkstoff Botulinumtoxin Typ A des Herstellers Merz zugelassen.(2) Nach dem Arzneibuch ist die Aktivitätsbestimmung des Toxins in Arzneimitteln vorgeschrieben. Bislang erfolgte diese Aktivitätsbestimmung ausschließlich durch Tierversuche an Mäusen. Aufgrund der hohen Toxizität des Botulinumtoxins muss diese Aktivitätsbestimmung zudem an allen Chargen dieser Arzneimittel erfolgen. Tierfreie Entwicklungen gab es viele. So erhielt z.B. Prof. Gerhard Püschel vom Institut für Ernährungswissenschaften der Universität Potsdam im Jahr 2015 den Berliner Tierschutzforschungspreis. Auch andere Forscherinnen und Forscher haben tierfreie Verfahren entwickelt. Nun sollen im Rahmen der Roadmap wieder Anstrengungen unternommen werden, um alle qualvollen Tests mit Botulinum A und B schrittweise aus den Monografien zu streichen. Für die Mitarbeit an der Arbeitsgruppe werden noch Mitglieder gesucht, um einen Fahrplan für den Ausstieg zu entwickeln. Informationen unter: https://www.edqm.eu/en/join-the-network- Quellen: European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare (2026). First rabbits, now mice: the European Pharmacopoeia turns its attention to phasing out the mouse LD50 assay from its monographs on botulinum toxin. 7.8.26. https://www.edqm.eu/en/-/phasing-out-the-mouse-ld50-assay Hier geht es zur Kampagne: European Coalition to End Animal Experiments (2026). Stop Botox Animal Testing! https://www.eceae.org/campaigns/stop-botox-animal-testing (1) Ärzte gegen Tierversuche (2017). Botox-Tierzahlen. Mindestens 350.000 Mäuse allein in Europa. https://www.aerzte-gegen-tierversuche.de/de/wissen/argumente/stellungnahmen/botox-tierzahlen (2) Bundesgesundheitsministerium (2016). Botulinum Neurotoxin enthaltende Arzneimittel. https://www.bundesgesundheitsministerium.de/service/begriffe-von-a-z/b/botulinum-neurotoxin-enthaltende-arzneimittel

Der Bundesverband Menschen für Tierrechte hat das Pferd zum „Versuchstier des Jahres“ 2026 ernannt. Obwohl Pferde im Vergleich zu „klassischen Versuchstierarten“ seltener in Tierversuchen eingesetzt werden, leiden und sterben auch sie im Labor. Foto: © iStock/olgaIT Dabei werden sie oft künstlich krank gemacht oder in Bereichen eingesetzt, die nichts mit Pferdekrankheiten zu tun haben, beispielsweise die qualvolle Produktion von Hormonen für die Schweinezucht oder die ebenfalls schmerzhafte Herstellung von Antikörpern. Die Tiere leiden, obwohl für diese und andere Verfahren längst tierfreie Alternativen existieren. Weitere Informationen hier: https://www.tierrechte.de/2026/08/24/das-pferd-ist-das-versuchstier-des-jahres-2026/

Science Center der Harvard universität in Boston. Foto: Wikipedia. CC BY-SA 2.0 Ein Team aus Wissenschaftler:innen vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University in Boston, haben ein chronisch-entzündliches Darmerkrankungsmodell realistischer auf dem Chip entwickelt, inklusive Schleimproduktion, Barrierefunktion, Entzündungsreaktionen, Fibrose- und Krebsentstehung. Ziel war es, wesentliche pathophysiologische Merkmale, Entzündungsmechanismen, geschlechtsspezifische Effekte und die Krebsentstehung bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen nachzubilden. Patient:innen mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen leiden unter eine beeinträchtigten Darmbarrierefunktion und einer verminderten Schleimbildung. Bei ihnen kommt es zu verstärkten Entzündungen, zu einer Vermehrung von Bindegewebe (Fibrose), zudem haben sie ein erhöhtes Krebsrisiko. Bei Frauen während der Schwangerschaft verschlimmern sich die Symptome häufig. Die häufigsten Formen beim Menschen sind Morbus Crohn und Colitis ulcerosa. Sie verlaufen meist in Schüben und sind durch Entzündungen der Darmschleimhaut, Bauchschmerzen und Durchfälle gekennzeichnet.(1) Die meisten derzeitigen Behandlungen zielen auf die Kontrolle der Entzündung ab. Eine Heilung gibt es derzeit noch nicht. Humane Darmorganoid-Modelle wurden in den letzten Jahren bereits vielfach entwickelt. Jedoch fehlten ihnen entscheidende Organfunktionen wie die Epithel-Stroma-Interaktionen, die Schleimschicht, dynamische mechanische Belastungen (Peristaltik) sowie die Immunzellinteraktionen. In der Studie entwickelte das Team ein Colon-on-a-Chip-Modell in einem mikrofluidischen Chip auf Basis von menschlichen Kolonepithel-Organoiden und Stromafibroblasten von Patienten mit Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa sowie von gesunden Personen zum Vergleich. Die Darmmodelle wurden peristaltikähnlichen Bewegungen ausgesetzt und mit zirkulierenden Immunzellen perfundiert. Untersucht wurde auch der Einfluss von weiblichen Hormonen und Schwangerschaftshormonen. Durch die Kombination zweier Gewebetypen von Patienten mit chronisch-entzündlicher Darmerkrankung konnten die Forscherinnen und Forscher beobachten, dass die Fibroblasten (das Stroma) die Hauptursache für zahlreiche der Symptome sind. Entzündungen und Fibrosen konnten durch Peristaltik-ähnliche Bewegungen im Modell verstärkt werden. Die Exposition gegenüber weiblichen Hormonen (Östrogen, Progesteron, Schwangerschaftshormone) erhöhte die Kryptenhöhe in beiden Modellen, verstärkte aber die Entzündung und Fibrose nur in den Chips mit erkranktem Gewebe. Bei Exposition gegenüber einem Karzinogen (N-Ethyl-N-Nitrosoharnstoff) zeigten die Chips mit erkranktem Gewebe im Gegensatz zu gesunden Chips z.B. eine verstärkte Entzündung, Genmutationen und Chromosomenduplikationen. Die Autoren schlussfolgern, dass Das "Colon-on-a-Chip"-System in der Lage ist, viele der in vivo beobachteten gesunden und krankhaften Phänotypen des menschlichen Dickdarms zu reproduzieren, einschließlich Schleimschicht, Barrierefunktion, Entzündungsreaktionen und Fibrose. Das Modell kann zur patientenspezifischen Analyse, zur Testung neuer Therapien und zur Biomarker-Entdeckung genutzt werden. Originalpublikation: Özkan, A., Merry, G.E., Chou, D.B. et al. Human inflammatory bowel disease-on-a-chip for modelling disease progression, cancer initiation and sex-specific effects. Nat. Biomed. Eng (2026). https://doi.org/10.1038/s41551-026-01686-8 Weitere Informationen: (1) https://www.msdmanuals.com/de/profi/gastrointestinale-erkrankungen/entz%C3%BCndliche-darmerkrankheiten-ibd/%C3%BCbersicht-zu-entz%C3%BCndlichen-darmerkrankheiten

„The New Gold Standard“ ist ein neuer Dokumentarfilm über den Wandel in der medizinischen Forschung weg von Tierversuchen hin zu humanrelevanten Technologien. Der Film beleuchtet sowohl die aktuellen Realitäten des Systems als auch das wachsende wissenschaftliche Interesse an alternativen, am Menschen basierenden Ansätzen. In dem Film werden unter anderem Institutionen wie die Harvard University, die Stanford University sowie das Unternehmen Hesperos Inc. besucht, wo Wissenschaftler:innen innovative Ansätze entwickeln, um die Vorhersehbarkeit und Wirksamkeit der medizinischen Forschung zu verbessern. Zu den vorgestellten Teilnehmern gehören zudem Senator Cory Booker, Senator Rand Paul, Dr. Nicole Kleinstreuer von den National Institutes of Health (NIH), Führungskräfte aus der Pharmaindustrie sowie führende akademische Forscher. Anhand von Interviews, die vielfältige Perspektiven abdecken, beleuchtet der Film die wissenschaftlichen, regulatorischen, ethischen und wirtschaftlichen Fragen rund um die Zukunft der Forschung und der Arzneimittelentwicklung. Im Film werden zudem Tierauffangstationen in Wyoming besucht, die Hunde, Katzen und Schweine betreuen, sowie in Oklahoma, wo Primaten aus Forschungslabors aufgenommen werden. Der New Gold Standard wurde von dem namhaften Produzenten Steven Latham produziert. Er zeigt, wie humanbasierte Methoden das Potenzial haben, schnellere, genauere und prädiktivere Erkenntnisse in vielen Bereichen der biomedizinischen Forschung zu liefern. Der Film erscheint im Spätsommer in den USA und im Herbst im Streamingdienst zu sehen sein. Die genauen Streaming-Plattformen stehen aktuell noch nicht fest. Regisseur und Produzent Steven Latham hat angekündigt, die konkreten Streaming-Dienste im Laufe des Herbstes bekannt zu geben. Trailer hier auf der Website ansehen: https://thenewgoldstandard.film/

An dieser Stelle stellen wir nicht – wie in der Serie Arbeitsgruppe im Portrait gewohnt – eine einzelne Gruppe vor. Zu umfangreich sind die Untersuchungen, die bislang noch mit unzähligen Tieren beantwortet werden. Mehrere Gruppen arbeiten an einzelnen Fragestellungen. Fazit: Ein Ersatz von Tierversuchen kann nur mit einer Kombination von vielen einzelnen Methoden in einer abgestuften Teststrategie gelingen. Geschwister. Foto: Sathyatripodi, Pixabay So haben bereits vor rund 20 Jahren Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen versucht, neue tierleidfreie Lösungen für die Reproduktionstoxikologie zu finden. Ein derartiger Vorstoß wurde z.B. zwischen 2004 bis 2009 mit dem EU-Projekt ReProTect unternommen. Dabei wurden 14 Methoden zum Test auf Reproduktions- und Entwicklungstoxikologie entwickelt und in einer Testbatterie geprüft. Inzwischen haben sich technologischer Fortschritt und wissenschaftliche Erkenntnisse weiterentwickelt. Reproduktionsorgane können auf Multiorganchips im Miniaturformat gezüchtet werden, die sogar in der Lage sind, den Hormonzyklus zu simulieren. Induzierte pluripotente Stammzellen bieten zukünftig das Potenzial, das gewünschte Humangewebe nachzuzüchten und ggfs. aus 3D-Druckern kommend „in Form“ zu bringen. Die Gentechnik erlaubt, in Zellen Reportergene einzubauen, die z.B. mit einem Fluoreszenzsignal einen schädigenden oder störenden Effekt schnell und auf Wunsch im Hochdurchsatz feststellen lassen. Wir stellen hier nur einige Highlights vor. Ersatz von Tierversuchen der in Reproduktionstoxikologie: Kleine Schritte Zwischen 2004 bis 2009 lief das EU-Projekt ReProTect mit dem Ziel, neue Ansätze in der Reproduktionstoxizität durch Kombination von in-vitro-Methoden und Gewebe- und Sensortechnologien zu finden (1, 2). Beteiligt waren 32 europäische Forschergruppen aus Akademie, Industrie, kleiner und mittlerer Unternehmen und Regierungsinstitutionen. Eine Reihe von alternativen Testsystemen wurden entwickelt, die die verschiedenen Stadien des Fortpflanzungszyklus abdecken sollten. In einer Ring-Machbarkeitsstudie mit einer festgelegten Anzahl von Testchemikalien wurden die Methoden von einer externen, unabhängigen Expertengruppe beurteilt. Im Rahmen dieses EU-Projekts wurden sechs Rezeptorbindungstests zur Untersuchung von hormonwirksamen Substanzen entwickelt, von denen der sogenannte AR CALUX® am Ende in die OECD-Testrichtlinien eingeflossen ist. Er ist ein Reportergen-Assay, mit dem die androgene und anti-androgene Aktivität von Verbindungen in vitro geprüft werden kann. Androgen wirkende Substanzen binden an den sogenannten Androgen-Rezeptor und lösen einen für die androgene Wirkung charakteristischen Effekt aus. Anti-Androgene blockieren dagegen den Androgen-Rezeptor und verhindern so die Androgenwirkung. Ein ähnlicher Assay wurde mit einer humanen Osteosarkom-Zelllinie (U2-OS) unter Einbau eines humanen Östrogenrezeptors konstruiert (3), um das östrogene und anti-östrogene Potenzial von Chemikalien zu messen. Der Assay wurde 2015 von der OECD validiert und für eine Aufnahme in die OECD "Performance Based Test Guideline for Stably Transfected Transactivation In vitro Assays to Detect Estrogen Receptor Agonists and Antagonists" (TG 455), als Bestandteil einer abgestuften Teststrategie als geeignet befunden (4). Dort ist er im Anhang 4 auch enthalten. Andere Rezeptorbindungsassays waren der MELN-Assay mit einer Brustkrebszelllinie (MCF-7), in die ein auf Östrogen ansprechendes Gen eingebaut wurde (5), und der MTS-Assay mit einer humanen Prostata-Adenokarzinom-Zelllinie (LNCaP), um Moleküle zu identifizieren, die auf die Prostatafunktion abzielen (6). Fünf weitere Tests gaben Auskunft über Fruchtbarkeitsstörungen (Follikulogenese und Oogenese): Ein in-vitro-Fertilisationstest über die Störung der Befruchtungsfähigkeit und ein peri-Implantationstest mit einer Zygote der Maus, deren Entwicklung bis zum Stadium der Blastozyste verfolgt wurde. Der Ishikawa-Zelltest ermöglichte Aussagen zu Implantation und östrogener Aktivität (7). Ein modifizierter Comet-Assay (ReProComet) diente zum Nachweis von DNA-Strangbrüchen in Rinderspermien. Da die Substanzbindung an die DNA von Spermien normalerweise erst nach der Befruchtung auftritt und in Spermien selbst nicht detektiert werden kann, da diese kein Reparaturenzymsystem haben, wurde für den Test ein Extrakt von humanen Brustkrebszellen (HeLa) zu den in Agarose eingebetteten Rinderspermien gegeben (8, 9). Um die Plazentadurchgängigkeit von Bisphenol A, eine Östrogen-ähnliche Substanz (10), zu untersuchen, haben Wissenschaftler eine Trophoblasten-Zelllinie (Trophoblast ist die ernährende Hüllzellschicht des Embryos) und humane Plazenta-Explantatkulturen kombiniert und damit Plazenta-Perfusionstests durchgeführt. Das kombinierte Gewebe war in der Lage, das wichtige Schwangerschaftshormon hCG zu bilden. Durch die hormonwirksamen Testchemikalien stieg in den Plazenta-Explanaten die Hormonmenge an hCG und die Expression von Caspase 3, ein Apoptoseprotein. Die Trophoblasten-Zellen wurden geschädigt (11). Zum Test auf Plazenta-durchgängigkeit von Stoffen konstruierten Forscher ein Plazenta-Perfusionsmodell mit zwei unabhängigen Kreisläufen, die dem Blutkreislauf der Mutter und dem des Fötus entsprechen (12, 13, 14). Bei Tests auf embryonale Entwicklung waren drei Modelle favorisiert bzw. entwickelt worden: Zum einen der Whole Embryo Culture (WEC) Test mit Rattenembryonen, der Wachstums- und Entwicklungsschäden des Embryos untersucht und sich bei der Chemikalientestung durchgesetzt hat. Ein weiterer ist der murine embryonale Stammzelltest (mEST), mit dem die untersuchte die Differenzierungshemmung von embryonalen Stammzellen der Maus in Herzzellen untersucht wird. Der dritte Test, der ReProGlo Assay, befasste sich mit der Hemmung des sogenannten Wnt-Signalweges (genauer: kanonischen Wnt/-Catenin-Signalweg) durch Medikamente. Wnt ist einer von sechs bedeutenden Signalwegen und während der Regulation der frühen Embryogenese aktiv. Eine Störung dieses Weges führt zu abnormen Entwicklungen des Embryos. Der Test erforderte bei manchen chemischen Testsubstanzen die vorherige metabolische Aktivierung durch Leberzellen (15, 16). Kritiker bemängelten jedoch eine geringe Vorhersagegenauigkeit dieses Tests (17). Forscher testeten alle Entwicklungen in Form einer umfangreichen Testbatterie mit zehn Teststoffen und beurteilten die entwickelten Methoden zum Ersatz von Tierversuchen als „vorsichtig positiv“. Sie konnten die toxikologisch relevanten Eigenschaften der Teststoffe mit relativ hoher Genauigkeit in der Mehrheit der Fälle erkennen. Lediglich ein zuverlässiger spezifischer Test für die männliche Fertilität fehlte (18). Am Ende wurden jedoch nur wenige Entwicklungen in die Testrichtlinien aufgenommen. Fruchtbarkeitsstatue. Foto: Domaris, Pixelio.de In ReProTect kombinierten Wissenschaftler auch vier bereits verfügbare Softwaretools (CAESAR (Q)SAR-Modell, das Derek für Windows-Expertensystem, den estrogen-receptor-binding profiler der OECD/(Q)SAR Application Toolbox und ein Read-across-Modell) in einem sogenannten Weight-of-Evidence-Ansatz miteinander, um die Reproduktions- und Entwicklungstoxizität rechnerisch vorauszusagen. Aufgrund der Komplexität der Reproduktions- und Entwicklungstoxizität waren die Ergebnisse jedoch nicht ausreichend (19). Aktuelle Entwicklungen Viele Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sind überzeugt, dass z.B. neue Chipsysteme mit humanem Gewebe oder nachgebildeten Organen im Bereich der Reproduktionstoxizität Aufklärung bringen und neue Therapieansätze ermöglichen können. In den letzten Jahren ist die Entwicklung hier rasant vorangeschritten. An dieser Stelle können nur einige Verfahren vorstellt werden. In-vitro-Eileitermodell Einer Forschergruppe unter der Leitung von Dr. Jennifer Schön vom Leibniz-Institut für Nutztierbiologie in Dummerstorf ist es gelungen, ein 3D-Zellkultur-Modell des Eileiters zu etablieren. Allerdings stammen die Eileiter hier von Rindern und Schweinen. In der „Eileiterflüssigkeit“ des Modells konnten sich sogar Embryonen entwickeln, so dass mit dem Modell frühe Interaktionen zwischen Embryo und Muttertier untersucht werden können, denn frühembryonale Verluste sind eine der häufigsten reproduktiven Störungen beim Menschen und beim Tier (20). In-vitro-Modell des Follikelwachstums Einem amerikanischen Forscherteam unter der Leitung von Prof. Theresa Woodruff vom Women’s Health Research Institute at Northwestern University Feinberg School of Medicine in Evanston, Illinois, ist es gelungen, primäre menschliche Follikel - die Vorstufe der weiblichen Eizelle - zu isolieren, zu kultivieren und sich weiterentwickeln zu lassen. Frühstadien der Follikelentwicklung in vitro erforderten deren Einkapselung in Alginat sowie die Unterstützung durch natürliches Eierstock-Kortexgewebe (21). Männliche Keimdrüsen in vitro Ein Dänisch-Schottisches Forscherteam unter der Leitung von Prof. Anders Juul und Dr. Ewa Rajpert-De Meyts vom Rigshospitalet der Universität Kopenhagen hat humane männliche fötale Keimdrüsen aus Gewebe von Föten aus Schwangerschaftsunterbrechungen isoliert und in einer sogenannten hanging drop-Kultur kultiviert. In dem Modell getestet wurde Retinsäure, welche starke Fehlbildungen auslösen kann und daher einen Einfluss auf die Embryonalentwicklung hat. Überschüssige Retinsäure zum Zeitpunkt der Hodenentwicklung führt zu einer Störung der Keimzellentwicklung (22). Leider stammten die Zellen von humanen Embryonen und stellen aus ethischen Gründen in der Form keine wirkliche Perspektive dar. Zyklus der Eizellreifung im Eierstock. Grafik. H. Hoffmeister, Wikipedia. Organ-on-a-Chip-Entwicklungen Herkömmliche, von menschlichen Zellen abgeleitete Modelle betrachten die toxikologischen Vorgänge isoliert und entfernt von einer normalen physiologischen Mikroumgebung. Daher versuchen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen die Mikrophysiologie mittels Organ-on-a-chip oder Human-on-a-chip-Modellen nachzubilden. Menschliches Gewebe wird in ein sogenanntes mikrofluidisches System integriert, das die Komplexität der menschlichen in-vivo-Physiologie in vitro nachahmen soll. Die Simulation des weiblichen und männlichen Fortpflanzungssystems mit jeweils mehreren Organen und dem komplexen Hormonsystem ist zurzeit jedoch noch eine besondere Herausforderung. 3D-Modell der menschlichen Plazenta Wiener Wissenschaftler um Prof. Aleksandr Ovsianikov vom Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie haben ein künstliches Plazenta-Modell entwickelt. Für das Modell wurden eine humane Trophoblasten-Zelllinie (BeWo b30) und humane primäre Plazenta-Zotten-Endothelzellen verwendet. Mit einem lasergesteuerten 3D-Druck-Verfahren lassen sich aus Hydrogelen hochpräzise Formen herstellen, die dann mit Plazenta-Zellen besiedelt werden. Das so erzeugte Organoid wächst auf einem mikrofluidischen Chip, an dem wichtige biologische Parameter wie Druck, Temperatur oder Nährstoff-bzw. Arzneistoffversorgung eingestellt werden können. Mit dem Modell lässt sich eine Plazenta-Barriere mit Durchlässigkeit für große Proteine ähnlich dem natürlichen Gewebe bilden. Zwei getrennte Kammern simulieren die Flüssigkeitsströmungen in dem fetalen und mütterlichen „Organismus“. Die Zellen sind in der Lage, bestimmte Strukturproteine (E-Cadherin) und Proteintransporter auszubilden (23). Auch Forscher von den Swiss Federal Laboratories für Materials Science and Technology (EMPA) unter der Leitung von Dr. Tina Buerki-Thurnherr haben ein Plazentaorganoid-Modell auf dem Chip entwickelt. Sie untersuchen, ob Nanopartikel die Plazentaschranke überwinden können (24). Chinesische Forscher unter der Leitung von Prof. Jianhua Qin vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der chinesischen Academy of Sciences in Beijing haben dagegen ein Krankheitsmodell entwickelt: Einer in vitro konstruierten Plazentaschranke gaben sie Bakterien hinzu, um Entzündungs-prozesse zu untersuchen, die in der Schwangerschaft zu Fehlentwicklungen beim Fötus oder einer Fehlgeburt führen können (25). Mit einer ähnlichen Forschung befassen sich Prof. Katharina Ribbeck vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston und ihr Team. Sie haben ein Muttermundschleimhaut-Modell auf dem Chip entwickelt (26). Damit wird der Bakterientransport durch die Schleimhaut untersucht. Der Aufstieg von Bakterien in der Gebärmutter während der Schwangerschaft kann zu einer Frühgeburt führen. Zygotenentwicklung (8-Zellstadium). Foto: Bellezza87, Pixabay. Simulation des humanen weiblichen Menstruationszyklus („Repro-on-a-Chip“) Unter der Leitung von Prof. Theresa Woodruff, Leiterin des Women’s Health Research Institute at Northwestern University Feinberg School of Medicine in Evanston, Illinois, gelang es einem Forscherteam, das Hormonprofil des menschlichen 28-tägigen Menstruationszyklus der Frau nachzubilden. Dafür wurden mehrere mikrofluidische Systeme und Ovarialfollikel der Maus verwendet. Gesundes Eierstockgewebe von Probandinnen stand nicht zur Verfügung und kann aus ethischen Gründen auch nicht gewonnen werden. Ein-, zwei- und mehrstufige mikrofluidische Plattformen wie der EVATAR (27) bildeten einen Kreislauf zwischen den kultivierten Geweben des weiblichen Fortpflanzungstrakts (Eierstock-, Eileiter-, Muttermund- und Lebergewebe sowie Gebärmutterschleimhautzellen) und versorgten die Organ-ähnlichen Systeme mit Hilfe von Mikropumpen mit den entsprechend benötigten Hormonen wie Follikel-stimulierendem Hormon (FSH), luteinisierendem Hormon (LH) und humanem Choriongonadotropin (hCG) in einem zeitlich abgestimmten Regime. Es konnten Follikelwachstum, Follikelreifung und ein Einsprung simuliert werden. Das Gewebe bildete während des Follikelreifungsprozesses die Hormone Progesteron und 17b-Östradiol. Mit Ausnahme der Ovarien und der Follikel stammte sämtliches Gewebe aus Humanbiopsien. Es konnte über einen Zeitraum von 28 Tagen kultiviert werden (28). Derzeit arbeitet das Team daran, die verschiedenen Organkulturen auf einer Plattform zu kultivieren und damit einen vollständigen weiblichen Reproduktionstrakt auf einer mikrofluidischen Plattform zu etablieren. Die Eierstockfollikelhormone werden dann über die Zellkulturmedien in den Eileiter, die Gebärmutter und die innere und äußere Schicht des Muttermunds (Endozervix und die Ektozervix) fließen. Das System wird derzeit validiert, u.a. wird die Verwendung alternativer Zellquellen wie z.B. induzierte pluripotente Stammzellen angestrebt (29). Es ist beeindruckend und wegweisend, dass es dem amerikanischen Wissenschaftlerteam gelungen ist, die Hormonregulation auf dem Chip zu simulieren. Damit können nicht nur hormonelle Effekte auf die Reproduktion, sondern auch auf andere organähnliche Systeme auf dem Chip wie z.B. das Herz untersucht werden (30). Derzeit entwickelt das Team den DudeKUBE, ein in-vitro-Modell, das die männlichen Keimdrüsen auf dem Chip nachbildet (31). Ziel ist es, entsprechend dem weiblichen Pendant EVATAR den männlichen Reproduktionstrakt (DudeKUBE) auf dem Chip nachzubilden (32). Tierversuchsfreie Verfahren in der Entwicklungsneurotoxizität (DNT) Während der Schwangerschaft kann es zu einer Störung der Nervenzellentwicklung des Fötus kommen, was zu veränderten Nervenzellverbindungen führen kann. Umweltgifte können Teilung, Differenzierung oder Migration von Nervenzellen hemmen (33). Diese Störungen zeigen sich später häufig in Lernschwächen, Entwicklungsverzögerungen, Störungen aus dem Autismus-Spektrum sowie Aufmerksamkeitsdefizit- und Hyperaktivitätsstörungen. Bezüglich der Ursachen werden sowohl Umweltchemikalien als auch Arzneimittel diskutiert. Nach Schätzungen sollen allein ca. 4% der verschreibungspflichtigen Medikamente wegen beobachteter unerwünschter neurologischer Wirkungen vom Markt genommen worden sein (34). Diese Störungen werden mit Entwicklungsneurotoxizitätstests (DNT-Tests) an der Ratte untersucht. Diese Tests wurden bislang standardmäßig von den Regulationsbehörden nicht gefordert. Gemäß der europäischem Chemikalienrichtlinie REACH werden sie jedoch zusätzlich durchgeführt, wenn es in der erweiterten Ein-Generationen-Studie an der Ratte zuvor Hinweise auf DNT gegeben hat. Das ist der Fall, wenn Störungen bei der Cholinesterase (Leberschäden) oder Veränderungen bei den Schilddrüsenhormonen oder im Östrogenhaushalt gefunden wurden. Wissenschaftler wie Prof. Marcel Leist, der selbst an DNT forscht, kritisieren jedoch, dass die meisten DNT-Endpunkte am Tier gar nicht gemessen werden können, so z.B. Sprachstörungen, eine Beeinträchtigung der Aufmerksamkeitsdauer oder der IQ (35). In Studien wurden bedeutende Artunterschiede bei der DNT zwischen Nagetier und Mensch mit in-vitro-Testsystemen gefunden (36). Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Ellen Fritsche vom Institut für umweltmedizinische Forschung In Düsseldorf untersuchte mit Hilfe sogenannter Neurosphären aus induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) des Menschen, der Maus und der Ratte den Einfluss von Umweltchemikalien auf die Frühentwicklung des Gehirns. Getestet wurden Zellproliferation, Zelldifferenzierung, Zellmigration und Apoptose - alles Vorgänge, die sich im entwickelnden Gehirn abspielen (37). Ein möglicherweise geeigneter Test ist der NeuriTox-Test aus der Arbeitsgruppe von Prof. Marcel Leist, Leiter des Doerenkamp-Zbinden-Lehrstuhls an der Universität Konstanz. Er basiert auf einer Zelllinie von humanen immortalisierten neuronalen Zellen des Mittelhirns, den sogenannten LUHMES-Zellen. Um die Eignung für Tests zu beurteilen, wurde bereits eine Vielzahl an Substanzen gescreent (38). In einem Subtyp dieser Zelllinie hat Dr. Stefan Schildknecht von der Universität Konstanz ein Fluoreszenzgen in die Mitochondrien der Zellen eingebracht, um die Bewegung von Mitochondrien zur Einschätzung einer Degeneration von Nervenzellen durch Testsubstanzen verfolgen zu können (39). Der Test ist soweit weiterentwickelt worden, dass er im Hochdurchsatzverfahren eingesetzt werden kann (40). Regulationsbehörden wie z.B. die EFSA arbeiten mit Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen zusammen an einer kosteneffizienten Teststrategie auf Basis einer zuverlässigen in-vitro-Testbatterie, um DNT-Gefahren ermitteln und Maßnahmen zur Verringerung der Exposition gegenüber diesen Chemikalien einleiten zu können (37). Dabei wollen sie die sogenannte Adverse Outcome Pathway-(AOP) Konzeption nutzen. AOPs beschreiben Vorgänge, die von einem auslösenden molekularen Ereignis an der Zelloberfläche ausgehen, und über einen chemischen Stressfaktor und eine Kaskade biologischer Reaktionen durch verschiedene biologische Ebenen aufwärts (Organell, Zelle, Gewebe, Organ, Gesamtorganismus) im Laufe der Zeit zu einem schädigenden Effekt führt. Ist einer dieser AOPs nachweislich betroffen, ließe das Rückschlüsse auf die DNT-Eigenschaften der Substanz zu. Tierversuche und tierversuchsfreie Verfahren in der Chemikaliengesetzgebung Chemikalien ab einer Produktionsmenge von 10 Tonnen und mehr pro Jahr (REACH-Verordnung Anhang VIII und IX), Pestizide, Lebensmittelzusatzstoffe, Medikamente und andere Substanzen müssen auf ihr Potenzial zur Verursachung von Reproduktions- oder Entwicklungsschäden getestet werden. Reproduktionstoxizitätstests bewerten die Tendenz eines Stoffes, Schäden am Fortpflanzungssystem zu verursachen. Eine Substanz ist dann reproduktionstoxisch (=fortpflanzungsgefährdend), wenn sie eine Beeinträchtigung der männlichen oder weiblichen Fruchtbarkeit zur Folge hat, frucht- oder entwicklungsschädigend wirkt oder nicht vererbbare Schäden bei den Nachkommen auslöst (41). Entwicklungstoxizitätstests untersuchen dagegen das Ausmaß, in dem eine Exposition für einen sich entwickelnden Embryo oder Fötus im Mutterleib schädlich sein kann. Allgemein können schädigende Effekte in jedem Stadium der Entwicklung auftreten, was zum Tode, zu Deformation, veränderndem Wachstum oder zu funktionellen Defiziten führen kann. Reproduktions- und Entwicklungstoxizitätstests sind in der Regel mit der Verwendung einer großen Anzahl von Tieren verbunden. Aufgrund der europäischen Einigung zur Reduktion von Tierversuchen haben Wissenschaftler und Regulationsbehörden versucht, durch neue Richtlinien den Verbrauch von Versuchstieren zu senken, z.B. anstelle der zwei-Generationen-Reproduktionsstudie eine erweiterte Ein-Generationen-Studie zuzulassen. Bei der Anerkennung von Ersatzverfahren zum Tierversuch sieht es bescheiden aus: Lediglich der in-vitro-Östrogen- und -Androgenrezeptor-Tests befinden sich in der Bibliothek der Testrichtlinien (TG 455, 458 und 493). Pränatale Entwicklungstoxizitäts-Studie (TG 414) Bei der pränatalen Entwicklungstoxizitätsstudie sollen allgemeine Informationen über die Effekte der pränatalen Exposition über schwangere Versuchstiere und den sich entwickelnden kindlichen Organismus (Tod, Struktur-Anomalitäten oder Wachstumsveränderungen des Fötus) erzielt werden. Funktionelle Mängel als wichtiger Teil der Entwicklung werden mit dieser Richtlinie nicht behandelt. Testspezies sind die Ratte und – als Nicht-Nagetier – das Kaninchen. Hier werden pro Substanz und Testspezies wenigstens 260 Tiere verbraucht (42). Erweiterte Ein-Generationen-Studie (TG 443) Für die erweiterte Ein-Generationen-Studie erfolgen Untersuchungen zu Lebensfähigkeit, Gesundheitszustand der Neugeborenen, Entwicklungsstadium bei Geburt, physische und funktionale Entwicklung bis zum Erwachsenenstadium, Funktion der Gonaden, Östruszyklus, Spermienreifung in den Nebenhoden, Verhalten bei Reife, Empfängnis, Schwangerschaft, Geburtsvorgang und Milchbildung, nachdem den Tieren die Testsubstanz über das Trinkwasser, eine Schlundsonde, inhalativ oder dermal verabreicht worden war, je nach Substanzeigenschaft (43). Er werden pro Substanz und Testspezies wenigstens 680 bis 1.000 Tiere verbraucht. (Zum Vergleich: in der Zwei-Generationen-Studie sind es rund 3.200 (44). Die Fortpflanzung: ein kompliziertes Zusammenspiel zwischen Organen und Hormonen Das Fortpflanzungssystem besteht aus mehreren Organen, die aus verschiedenen Gewebe- und Zelltypen zusammengesetzt sind. Diese produzieren verschiedene Faktoren und Hormone. Hormone kontrollieren nicht nur die Organe und Gewebe des Fortpflanzungstraktes, die Produktion von Keimzellen und bestimmen die Fruchtbarkeit, sondern sie kommunizieren auch mit Organen und Geweben verschiedener Systeme im ganzen Körper. Dabei gibt es geschlechtsspezifische Unterschiede hinsichtlich Krankheitsentstehung und Reaktion auf Arzneimittel (30). Übersicht über die Drüsen, die Hormone über das Blutsystem abgeben (endokrines System): 1= Zirbeldrüse, 2= Hypophyse, 3= Schilddrüse und Nebenschilddrüsen, 4= Thymus, 5= Nebenniere, 6= Pankreas, 7= Theka- und Granulosazellen in Ovarfollikeln bzw. Geldkörper im Eierstock, 8= Leydig-Zwischenzellen im Hoden. Grafik: Wikipedia commons, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=266176 Die Fruchtbarkeit ist die Fähigkeit, ein Kind zu zeugen oder zu empfangen. Es werden dafür u.a. befruchtungsfähige, aktiv bewegliche Spermien, ein günstiges Empfangsmilieu und eine zyklische Hormonproduktion gebraucht. Störungen können anatomischer oder hormoneller Art oder durch das Immunsystem bedingt sein. Ein Verlust von Steroidsignalen in produzierenden Geweben führt beispielsweise zu schlechter Samenqualität und beeinträchtigt die Fruchtbarkeit. Ein gestörtes Zusammenspiel der Hormone im Monatszyklus der Frau kann die Fruchtbarkeit ebenfalls beeinträchtigen. Eine Schilddrüsenüber- oder Unterfunktion reicht beispielsweise aus, um den Eisprung zu verhindern, ein Übermaß an Androgenen kann die Eizellreifung verhindern (45, 46). Die Gliedmaßen des Embryos sind zwischen dem 29. und 46. Tag für Störungen und folgende Fehlentwicklungen besonders anfällig. In der gesamten Entwicklungszeit des Embryos bzw. Fötus kann eine Vielzahl an Störungen auftreten, die z.B. zu verkleinerten Organen, fehlenden oder deformierten Gliedmaßen und anderen Fehlbildungen führen können. Angeborene Fehlbildung der Füße. Auswirkungen des Arzneimittels Thalidomid, das die Mutter während der Schwangerschaft eingenommen hatte. Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ANCP14053.jpg Diese Fehlbildungen können sowohl durch Krankheitserreger (Zika-Virus) (47) als auch durch Medikamente (Bsp. Thalidomid) oder Chemikalien verursacht werden (48). Substanzen, die Fehlbildungen auslösen können, nennt man teratogene. Im Nachhinein können auch Krebs oder auch endokrine Störungen bis hin zu Verhaltensauffälligkeiten auftreten. Es wird allgemein angenommen, dass z.B. Umweltchemikalien auch für Verhaltensauffällig-keiten wie das Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom (ADHS) verantwortlich sein könnten (49). Eine zentrale Rolle spielt die Plazenta, über die die Nährstoffe und Antikörper von der Mutter übertragen werden. Es gibt zwar eine Schranke zwischen mütterlichem und kindlichem Blutkreislauf (Plazenta-Schranke), dennoch können einige Substanzen, wie Viren, Alkohol, Medikamente und Hormone hindurch gelangen (50). Bislang werden die schädigenden Einflüsse auf Reproduktionsorgane, -verhalten und die Entwicklung der Nachkommen an Tieren untersucht. Arzneimittelentwicklung Auskunft über durchzuführende Tierversuche geben zwei Richtlinien, die ICH Richtlinien S5(R2) und S5(R3). Die S5(R3) untersucht in mehreren Schritten die weibliche und männliche Fortpflanzungsfunktion über drei Generationen. Studien sollen gemäß Vorschrift an Säugetierarten (vor allem Ratte) durchgeführt werden. Nur In Embryotoxizitätsuntersuchungen ist eine zweite Säugetierart vorgesehen (Kaninchen). Der Grund ist ein anderer Stoffwechsel von Nagern: So konnte beispielsweise die Organschädlichkeit von Contergan bei sich entwickelnden Nachkommen in der Nager-Spezies Ratte nicht entdeckt werden. Aber auch bei den Kaninchen gibt es Einschränkungen: Von ihnen fehlen oft kinetische und toxische Daten, sie sind anfällig für einige Antibiotika und für Störungen des Verdauungstraktes. Außerdem können klinische Anzeichen schwer zu interpretieren sein. (51). Für die Impfstoffentwicklung werden zudem Kaninchen eingesetzt. Bei der Produktion vieler monoklonaler Antikörper sind nicht-humane Primaten (NHPs) die einzig pharmakologisch relevante Spezies (vgl. ICH S6(R1) (52). NHPs finden nur dann Verwendung, wenn keine andere relevante Tierart verfügbar ist. Wissenschaftler versuchen jedoch, NHPs durch gentechnisch veränderte Mäuse zu ersetzen (52). Regulationsmühlen mahlen langsam Im Oktober 2017 gab es einen Workshop der European Medical Agency zu "non-animal approaches" mit dem Ziel einer Revision der ICH Richtlinie S5(R3). Die European Medicines Agency (EMA) als Regulationsbehörde scheint demnach verhalten aufgeschlossen gegenüber "alternativen Assays" zu sein (53), die Bestandteil einer integrierten Teststrategie werden sollen. Unter "alternativen Assays" werden hier allerdings nicht nur in-vitro-, sondern auch ex-vivo- und nicht-Säugetier-in-vivo-Assays verstanden, wie Zellsysteme, Gewebe, Organe oder Organismen (z.B. Whole Embryo Culture mit Ratten- Kaninchen- und Zebrafisch-Embryonen). Einige dieser Assays werden zurzeit unter definierten Szenarien für einen Einsatz zu regulatorischen Zwecken untersucht. Die Assays werden als wichtiger Beitrag zur Bewertung bei uneindeutigen Tierversuchsergebnissen gesehen. Durch die Revision der ICH S5(R3) ist nicht zu erwarten, dass mit den neuen Methoden der Tierversuch per se beendet wird, sondern unter bestimmten Umständen soll zu einem vollständigen Ersatz einer (der beiden) Tierspezies kommen können. Es soll zudem zu keinem zentralisierten Zulassungsprozess für die regulatorische Anerkennung qualifizierter alternativer Assays kommen, dieser bleibe “agenturspezifisch” (53). Literatur: (1) Schwarz, M. (2009). The ReProTect Framework program: New Innovative Approaches for Evaluating Fertilization, Implantation and Prenatal Development. https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/docs/ev_20091118_co12_en.pdf (2) Piersma, A. (2010). Editorial. Reproductive Toxicology 30/1. doi:10.1016/j.reprotox.2010.05.008 (3) van der Burg, B., Winter, R., Weimer, M., Berckmans, P., Suzuki, G., Gijsbers, L., Jonas, A., van der Linden, S., Witters, H., Aarts, J., Legler, J., Kopp-Schneider, A. & Bremer, S. (2010). Optimization and prevalidation of the in vitro ER-alpha CALUX method to test estrogenic and antiestrogenic activity of compounds. Reproductive Toxicology 30: 18-24 (4) Besselink, I. H. T. (2015). Validation of the (anti-) ERα CALUX bioassay U2-OS cells Transcriptional ERalpha CALUX- assay for the detection of estrogenic and anti-estrogenic chemicals for inclusion in TG455. https://www.oecd.org/env/ehs/testing/OECD%20ERa%20Calux%20validation%20final%20v5%2011-12-15.pdf (5) Witters, H., Freyberger, A., Smits, K., Vangenechten, C., Lofink, W., Weimer, M., Bremer, S., Ahr, P. H. J. & Berckmans, P. (2010). The assessment of estrogenic or anti-estrogenic activity of chemicals by the human stably transfected estrogen sensitive MELN cell line: Results of test performance and transferability. Reproductive Toxicology 30: 60–72. (6) Lorenzetti, S., Marcoccia, D., Narciso, L. & Mantovani, A. (2010). Cell viability and PSA secretion assays in LNCaP cells: A tiered in vitro approach to screen chemicals with a prostate-mediated effect on male reproduction within the ReProTect project. Reproductive Toxicology 30: 25-35. (7) Schaefer, W. R., Fischer, L., Deppert, W. R., Hanjalic-Beck, A., Seebacher, L., Weimer, M. & Zahradnik, H. P, (2010). In vitro-Ishikawa cell test for assessing tissue-specific chemical effects on human endometrium. Reproductive Toxicology 30: 89-93. (8) Villani, P., Spanò, M., Pacchierotti, F., Weimer, M. & Cordelli, E. (2010). Evaluation of a modified comet assay to detect DNA damage in mammalian sperm exposed in vitro to different mutagenic compounds. Reproductive Toxicology 30: 44-49. (9) Cordelli, E., Fresegna, A. M., D'Alessio, A., Eleuteri, P., Spanó, M., Pacchierotti, F. & Villani, P. (2007). ReProComet: A New InVitro Method to Assess DNA Damage in Mammalian Sperm. Toxicological Sciences 99/2: 545-552. (10) BUND (2018). Bisphenol A. https://www.bund.net/chemie/hormonelle-schadstoffe/bisphenol-a/ (11) Mørck, T. J., Sorda, G., Bechi, N., Rasmussen, b. S., Nielsend, J. B., Ietta, F., Rytting, E., Mathiesen, L., Paulesu, L. & Knudsen, L. E. (2010). Placental transport and in vitro effects of Bisphenol A. Reproductive Toxicology 30: 131–137. (12) Myllynen, P., Mathiesen, L., Weimer, M., Annola, K., Immonena, E., Karttunen, V., Kummu, M., Mørck, T. J., Kolstrup Søgaard Nielsen, J., Ehlert Knudsen, L. & Vähäkangas, K. (2010). Preliminary interlaboratory comparison of the ex vivo dual human placental perfusion system. Reproductive Toxicology 30: 94–102. (13) Mathiesen, L., Mose, T., Mørck, T. J., Kolstrup Søgaard Nielsen, J., Kofoed Nielsen, L., Leth Marounc, L., Hanefeld Dziegiel, M, Grupe Larsend, L. & Ehlert Knudsen, L. (2010). Quality assessment of a placental perfusion protocol. Reproductive Toxicology 30: 138–146. (14) Mose, T. & Ehlert Knudsen, L. (2005). Placental Perfusion – A Human Alternative. ALTEX 22, special issue 2: 359-364. (15) Uibel, F., Mühleisen, A., Köhle, C., Weimer, M., Stummann, T. C., Bremer, S. & Schwarz, m. (2010). Reproductive Toxicology 30: 103–112. (16) Hettwer, M., Reis-Fernandes, M. A., Iken, M., Ott, M., Steinberg, P. & Nau, H. (2010). Metabolic activation capacity by primary hepatocytes expands the applicability of the embryonic stem cell test as alternative to experimental animal testing. Reproductive Toxicology 30: 113–120. (17) Rasmussen, T. P., (Hrsg.). Stem Cells in Birth Defects Research and Developmental Toxicology. John Wiley & Sons. 19.04.2018. (18) Schenk, B., Weimer, M., Bremer, S., van der Burg, B., Cortvrindt, R., Freyberger, A., Lazzari, G., Pellizzer, Piersma, A., Schäfer, W. R., Seiler, A., Witters, H. & Schwarz, M. (2010). The ReProTect Feasibility Study, a novel comprehensive in vitro approach to detect reproductive toxicants. Reproductive Toxicology 30: 200–218. (19) Hewitt, M., Ellison, C.M., Enoch, S.J., Madden, J.C. & Cronin, M.T.D. (2010). Integrating (Q)SAR models, expert systems and read-across approaches for the prediction of developmental toxicity. Reproductive Toxicology 30: 147–160. (20) Chen, S., Palma-Vera, S. E., Langhammer, M., Galuska, S. P., Braun, B. C., Krause, E., Lucas-Hahn, A & Schoen, J. (2017). An air-liquid interphase approach for modeling the early embryomaternal contact zone. Scientific Reports 7:42298 | DOI: 10.1038/srep42298 (21) Laronda, M. M., Duncan, F. E., Hornick, J. E., Xu, M., Pahnke, J. E., Whelan, K. A., Shea, L. D. & Woodruff, T. K. (2014). Alginate encapsulation supports the growth and differentiation of human primordial follicles within ovarian cortical tissue. J Assist Reprod Genet 31: 1013–1028. (22) Jørgensen, A., Nielsen, J. E., Perlman, S., Lundvall, L., Mitchell, R. T., Juul, A. & Rajpert-De Meyts, E. (2015). Ex vivo culture of human fetal gonads: Manipulation of meiosis signalling by retinoic acid treatment disrupts testis development. Hum Reprod. 30/10: 2351–2363. doi:10.1093/humrep/dev194 (23) Mandt, D., Gruber, P., Markovic, M., Tromayer, M., Rothbauer, M., Krayz, S. R. A., Ali, F., van Hoorick, J., Holnthoner, W., Mühleder, S., Dubruel, P., Van Vlierberghe, S., Ertl, P., Liska, R. & Ovsianikov, A. (2018). Fabrication of placental barrier structures within a microfluidic device utilizing two-photon polymerization. International Journal of Bioprinting, 4/2. http://ijb.whioce.com/index.php/int-j-bioprinting/article/view/144 (24) Hohensee, C. (2018). Saarbrücken: Neues vom Kongress zu biologischen Barrieren. 31.08.18 http://www.invitrojobs.com/index.php/de/neurigkeiten/news-archiv/item/3688-sarbruecken-neues-vom-kongress-zu -biologischen-barrieren (25) Qin, J., Zhu, Y., Yin, F., Wang, H., Wang, L. & Yuan, J. (2018). Placental barrier-on-a-chip: modeling placental inflammatory responses to bacterial infection. ACS Biomaterials Science & Engineering. DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b00653 (26) Smith-Dupont, K. B., Wagner, C. E., Witten, J., Conroy, K., Rudoltz, H., Pagidas, K., Snegovskikh, V., House, M. & Ribbeck, K. (2017). Probing the potential of mucus permeability to signify preterm birth risk. Scientific Reports 7: 10302. DOI:10.1038/s41598-017-08057-z. https://www.nature.com/articles/s41598-017-08057-z (27) https://news.northwestern.edu/stories/2017/march/female-menstrual-cycle-reproductive-system/ (28) Xiao, S., Coppeta, J. R., Rogers, H. B., Isenberg, B. C., Zhu, J., Olalekan, S. A., McKinnon, K. E., Dokic, D., Rashedi, A. S., Haisenleder, D. J., Malpani, S. S., Arnold-Murray, C. A., Chen, K., Jiang, M., Bai, L., Nguyen, C. T., Zhang, J., Laronda, M. M., Hope, T. J., Maniar, K. P., Pavone, M. E., Avram, M. J., Sefton, E. C., Getsios, S., Burdette, J. E., Kim, J. J., Borenstein, J. T. & Woodruff, T. K. (2017). A microfluidic culture model of the human reproductive tract and 28-day menstrual cycle. Nature Communications 8:14584, DOI: 10.1038/ncomms14584. (29) https://www.woodrufflab.org/FemKUBE (30) Eddie, S. L., J. Kim, J. J., Woodruff, T. K. & Burdette, J. E. (2014). Microphysiological modeling of the reproductive tract: a fertile endeavor. Exp Biol Med (Maywood) 239/9: 1192–1202. doi:10.1177/1535370214529387 (31) https://www.crs.northwestern.edu/docs/ReproductiveResearchUpdates-Schedule-2017-2018_final.pdf (32) National Academies of Sciences (2014). Tissue Chips: Around the Corner and Down the Road. In: Emerging Science for Environmental Health Decisions. Newsletter NAS, Ausgabe 2, Dezember 2014. http://nas-sites.org/emergingscience/files/2013/05/tissue-chips-final.pdf (33) Aschner, M., Ceccatelli, S., Daneshian, M., Fritsche, E., Hasiwa, N., Hartung, T., Hogberg, H. T., Leist, M., Li, A., Mundi, W. R., Padilla, S., Piersma, A. H., Bal-Price, A., Seiler, A., Westerink, R. H., Zimmer, B. & Lein, P. J. (2017). Reference compounds for alternative test methods to indicate developmental neurotoxicity (DNT) potential of chemicals: example lists and criteria for their selection and use. ALTEX 34 (1): 49-74. (34) Lena Smirnova, Helena T. Hogberg, Marcel Leist & Thomas Hartung (2014). Food for Thought ...: Developmental Neurotoxicity – Challenges in the 21st Century and In Vitro Opportunities. ALTEX 31 (2): 129–156. (35) Leist, M. (2016). How to link test system to the prediction of developmental neurotoxicity (DNT). EFSA-Workshopbeitrag OECD/EFSA Workshop on Developmental Neurotoxicity (DNT): the use of non-animal test methods for regulatory purposes. online 18 October 2016. http://www.efsa.europa.eu/en/events/event/161018b. (36) Dach, K., Bendt, F., Huebenthal, U., Giersiefer, S., Lein, P. J., Heuer, H. & Fritsche, E. (2017) BDE-99 impairs differentiation of human and mouse NPCs into the oligodendroglial lineage by species specific modes of action. Scientific Reports 7: 44861. DOI: 10.1038/srep44861 (37) Fritsche, E., Crofton, K. M., Hernandez, A. F. et al. (2017). OECD/EFSA workshop on developmental neurotoxicity (DNT): The use of non-animal test methods for regulatory purposes. ALTEX 34, 311-315. doi:10.14573/altex.1701171. (38) Fritsche, E., Grandjean, P., Crofton, K. M., Aschner, M., Goldberge, A., Heinonen, T., Hessel, E. V. S., Hogberg, H. T., Hougaard Bennekou, S., Lein, P. J., Leist, M., Mundy, W. R., Paparella, M., A. H. Piersma, Sachana, M., Schmuck, G., Solecki, R., Terron, A., Monnet-Tschudi, F., Wilks, M. F., Witters, H., Zurich M.-G. & Bal-Price, A. (2018). Consensus statement on the need for innovation, transition and implementation of developmental neurotoxicity (DNT) testing for regulatory purposes. Toxicology and Applied Pharmacology 354: 3–6. (39) Schildknecht, S. (2014). Etablierung von LUHMES als Zellmodell menschlicher Dopamin-Neurone. BIOSpektrum 5/14: 583. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs12268-014-0485-3.pdf (40) Delp , J., Gutbier, S., Klima, S., Hoelting, L., Pinto-Gil, K., Hsieh, J.-H., Aichem, M., Klein, K., Schreiber, F., Tice, R. R., Pastor, M., Behl, M. & Leist, M. (2018). A High-Throughput Approach to Identify Specific Neurotoxicants / Developmental Toxicants in Human Neuronal Cell Function Assays. ALTEX 35/2. (41) Lohs, K., Elstner, P., Stephan, U. (Hrsg.). Fachlexikon Toxikologie. 4. Aufl. 2009, Berlin, Heidelberg. (42) OECD (2018). Test No. 414: Prenatal Development Toxicity Study. Testrichtlinie 414. https://www.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-414-prenatal-development-toxicity-study_9789264070820-en (43) OECD (2018). Extended One-Generation-Study. Testrichtlinie 443. https://www.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-443-extended-one-generation-reproductive-toxicity-study_9789264185371-en (44) OECD (2001) Two generation reproduction toxicity study. Testrichtlinie 416. https://www.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-416-two-generation-reproduction-toxicity_9789264070868-en (45) Sadler, T. W. (2003). Medizinische Embryologie. 10. Auflage. Thieme Verlag. Stuttgart (46) https://www.familienplanung.de/kinderwunsch/diagnostik/untersuchungen-bei-der-frau/ (47) Gabriel, E., Ramani, A., Karow, U., Gottardo, M., Natarajan, K., Gooi, L. M., Goranci-Buzhala, G., Krut, O., Peters, F., Nikolic, M., Kuivanen, S., Korhonen, E., Smura, T., Vapalahti, O., Papantonis, A., Schmidt-Chanasit, J., Riparbelli, M., Callaini, G., Krönke, M., Utermöhlen, O. & Gopalakrishnan, J.(2017). Recent Zika Virus Isolates Induce Premature Differentiation of Neural Progenitors in Human Brain Organoids. Cell Stem Cell. 3: 397-406.e5. doi: 10.1016/j.stem.2016.12.005. https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909%2816%2930461-1 (48) AMBOSS - Fachwissen für Mediziner (2018). Embryofetopathien durch Noxen. [online] https://www.amboss.com/de/wissen/Embryofetopathien_durch_Noxen (49) Bal-Price, A., Pistollato, F., Sachana, M., Bopp, S. K., Munn, S. & Worth, A. (2018). Strategies to improve the regulatory assessment of developmental neurotoxicity (DNT) using in vitro methods. Toxicol Appl Pharmacol. 354: 7-18. doi: 10.1016/j.taap.2018.02.008. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6095942/ (50) Cheers, G. & Olds, M. (eds). Anatomica. Tandem Verlag, 2011. (51) http://www.ich.org/products/guidelines/safety/article/safety-guidelines.html (52) http://www.ich.org/fileadmin/Public_Web_Site/ICH_Products/Guidelines/Safety/S6_R1/Step4/S6_R1_Guideline.pdf (53) Waxenecker, G. (2017). Detection of Toxicity to Reproduction for Human Pharmaceuticals Paving the Way for Alternative Assays in the 3rd Revision of ICH S5 1st EMA Workshop on Non-Animal Approaches, Oct 5th 2017. http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_library/Presentation/2017/11/WC500238308.pdf

In dieser Ausgabe präsentieren wir das Start-up Hesperos aus Orlando in Florida, USA. Hesperos entwickelt pumpenlose mikrophysiologische Multi-Organ-Systeme (Human-on-a-Chip-Systeme), die nicht nur in der Toxizitätsprüfung und Medikamentenentwicklung, sondern auch zur Erforschung seltener Krankheiten eingesetzt werden können. Arbeitsgruppe von Hesperos in Orlando, Florida. Hintere Reihe in der Mitte: Chief Scientist Prof. Dr. James Hickman. Foto: Hesperos Inc. In Deutschland leiden rund vier Millionen Patienten an einer seltenen Krankheit. Nur die wenigsten von ihnen profitieren von einer medikamentösen Therapie. Ein Grund dafür ist, dass die Wirkmechanismen bei seltenen Krankheiten oft unbekannt sind. Solche Krankheiten werden traditionell an Mäusen, seltener an Zebrafischen oder Ratten erforscht. Doch die Tiere entwickeln solche Krankheiten gar nicht, sondern in einem Tier kann nur ein ähnliches Krankheitsphänomen gentechnisch erzeugt werden. Dementsprechend werden selten neue Behandlungsmethoden gefunden. Organ- und Human-on-a-Chip-Entwicklungen wie die des Start-ups Hesperos Inc. machen vor allem deshalb Sinn, weil die Entwicklung von Tiermodellen teuer ist und die Kosten für die Entwicklung eines Medikaments aufgrund der geringen Patientenzahl sehr hoch sind. Seltene Erkrankungen Es wird geschätzt, dass europaweit etwa 30 Millionen Patienten an einer seltenen Krankheit leiden. Eine Krankheit gilt als selten, wenn sie nicht mehr als fünf Menschen pro 10.000 Einwohner betrifft; in den USA darf die Gesamtzahl 200.000 nicht überschreiten. 6.000 bis 8.000 seltene Krankheiten sind bekannt, wobei sich die Wissenschaftler über die Zahl nicht einig sind (1). Die schlechte Nachricht: Nur für gut 100 der 8.000 Erkrankungen gibt es eine medikamentöse Therapie (2). Die schlechte Nachricht ist, dass es nur für 100 der 8.000 Krankheiten eine medikamentöse Therapie gibt (2). Einer der Gründe dafür ist, dass die Krankheitsmechanismen oft unbekannt sind. Seltene Krankheiten sind extrem vielfältig und komplex. Es kann sich um bestimmte Formen von Krebs, Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems, der Nerven, des Stoffwechsels oder um Autoimmunerkrankungen handeln (3). Da sie überwiegend genetischen Ursprungs sind, können sie bereits im Kindesalter auftreten, führen zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen und verkürzen häufig die Lebenserwartung (2). Beispiel: Die Neuronale Ceroid-Lipofuszinose (NCL) bündelt eine Gruppe von neurodegenerativen Erkrankungen mit ähnlichen klinischen Symptomen wie Demenz, Sehverlust sowie Epilepsie im Kindes- und Jugendalter. Typische Anzeichen der Erkrankung treten zwischen dem zweiten und vierten Lebensjahr auf (4). Dabei lagert sich in den Zellen des ZNS eine fettige, bräunliche Substanz (Ceroidlipofuszin) ab, die zum Absterben neuronaler Zellen führt (5, 6). Solche Zellen des Zentralnervensystems können zu einem patientenspezifischen Modell entwickelt werden, das alle Merkmale der Krankheit trägt, um Medikamentenwirkungen zu erforschen. Patienten mit der seltenen Erkrankung Neuronale Ceroid-Lipofuszinose (NCL) sind oft schon im späten Kindesalter auf einen Rollstuhl angewiesen. Fotoquelle: iStockphoto. Weil die Erkrankungen der Patienten so selten sind, sind Pharmaunternehmen unter normalen Marktbedingungen nicht bereit, in diese Forschung zu investieren. Daher sind Anreize nötig, um erfolgreich Medikamente zu entwickeln (7). Ermutigt werden die Medikamentenentwickler durch die europäische Verordnung zu Orphan Drugs, die seit dem Jahr 2000 in Kraft ist. In den USA gibt es seit 1983 den Orphan Drug Act (ODA), der ebenfalls Anreize für die Erforschung vernachlässigter Krankheiten bietet, die sonst die Entwicklungskosten nicht decken würden (8). Deutschland hat im August 2013 einen Nationalen Aktionsplan für seltene Krankheiten verabschiedet (1). In der Europäischen Union (EU) sind derzeit 121 Medikamente für die Behandlung seltener Krankheiten verfügbar (9). Umstrittene Tiermodelle zur Erforschung seltener Erkrankungen Die Grundlagen seltener Erkrankungen sowie mögliche Arzneimittel werden traditionell mit Mäusen untersucht, seltener mit Zebrafischen oder Ratten. Ist eine Substanz gefunden, so folgen gesetzlich vorgeschriebene Tierversuche unter anderem auch mit nicht-humanen Primaten (z.B. Javaneraffen). Die Grundlagen seltener Krankheiten sowie mögliche Medikamente werden traditionell mit Mäusen, seltener mit Zebrafischen oder Ratten untersucht. Ist eine Substanz gefunden, folgen gesetzlich vorgeschriebene Tierversuche, auch mit nichtmenschlichen Primaten (z. B. Javaneraffen). Hauptsächlich werden gentechnisch Mäuse für die Erforschung seltener Erkrankungen eingesetzt. Nicht-humane Primaten (Javaneraffen) werden in gesetzlich vorgeschriebenen Tierversuchen der präklinischen Entwicklung von Arzneimitteln eingesetzt. Quelle: www.Animaltestinfo.de (10) Allerdings können Tiermodelle die im menschlichen Körper beobachteten Reaktionen auf Medikamente aufgrund von Speziesunterschieden oft nicht nachbilden. Tiere entwickeln diese Krankheiten gar nicht; es kann nur ein ähnliches Krankheitsphänomen im Tier gentechnisch erzeugt werden - mit entsprechenden Ungenauigkeiten. Tierversuche sind zudem oft mit schwerem Stress für die Tiere verbunden. Die Sandhoff-Krankheit zum Beispiel beruht auf einer Mutation am HEXB-Gen, die dazu führt, dass zwei Untereinheiten eines wichtigen Enzyms (Hexosaminidase) fehlen oder mangelhaft sind. In der Folge reichern sich wasserunlösliche Fette vor allem in den Nervenzellen an. Die Folge ist eine Stagnation in der Entwicklung des Kindes, wobei erlernte Fähigkeiten später wieder verloren gehen. Es kann auch zur Erblindung kommen. Betroffene Kinder sterben meist im Alter von 4 Jahren (11, 12). Zur Erforschung der hirnendothelspezifischen Gentherapie wird ein gentechnisch verändertes Mausmodell der Sandhoff-Krankheit verwendet. Allerdings ist es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht unumstritten: Die gentechnisch veränderte (hexb-/-) Sandhoff-Maus zeigt z. B. schwere motorische Funktionsstörungen und eine kurze Lebenserwartung, was im Gegensatz zum Menschen durch einen alternativen Abbauweg von GM2-Gangliosid im Mausmodell erklärt werden kann. Außerdem wird hier im Gegensatz zum Menschen eine Hyperaktivität des Immunsystems mitverantwortlich gemacht (13, 14, 15, 16). Eine Chance für tierversuchsfreie Verfahren Für Entwickler von Organ-on-a-Chip- oder Human-on-a-Chip-Modellen ist die Simulation seltener Krankheiten eine Chance. Denn sie hat das Potenzial, patientenindividuelle Behandlungsmöglichkeiten zu entdecken, was Kosten und Zeit reduzieren sowie die Zulassungsrate von Medikamenten erhöhen kann (17). In einzelnen Fällen ist dies bereits gelungen: Die seltene Kardiomyopathie Leigh-Syndrom konnte bereits erfolgreich behandelt werden, nachdem an einem personalisierten In-vitro-Krankheitsmodell ein geeignetes Medikament gefunden wurde (18, 19, 20). Wissenschaftler von Hesperos untersuchten kürzlich die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) unter Verwendung von aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleiteten Motoneuronen, um eine ganzheitliche Behandlung in einem neuromuskulären Kreuzungsmodell zu evaluieren (21). Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, die durch einen selektiven Verlust motorischer Neuronen im Rückenmark und in den Hirnnervenkernen des Hirnstamms und des motorischen Kortex des Gehirns gekennzeichnet ist (24). Es kommt zu Muskelatrophie, Muskelschwäche, Spastiken und Lähmungen, die zum Tod durch fortschreitende Atrophie der Atemmuskulatur führen. Die Ursache der Krankheit ist, mit Ausnahme seltener erblicher Formen, noch unbekannt. In einer weiteren Studie verwendeten die Hesperos-Wissenschaftler ein In-vitro-Modell mit menschlichen Skelettmuskeln auf einem Muskelfunktions-Chip. Die Skelettmuskeln wurden aus induzierten pluripotenten Stammzellen von ALS-Patienten entwickelt. Die Wissenschaftler verglichen die Eigenschaften der Skelettmuskeln der Patienten mit denen von gesunden Probanden. Die Skelettmuskeln der ALS-Patienten hatten Mutationen in einem Gen, das für ein wichtiges Enzym (Superoxid-Dismutase 1) kodiert. In ihrem Modell konnten sie zeigen, dass dies zu einer verminderten Fusionsfähigkeit des Muskels, einer Verkürzung der Myotubuslänge und der verminderten Bildung wichtiger Acetylcholinrezeptoren führt. ALS-Muskeln zeigten beispielsweise auch eine verminderte kontraktile Kraft und einen gestörten Muskelfaserstoffwechsel (21). Hesperos Inc. hat die Erforschung seltener Krankheiten zu einem seiner Hauptschwerpunkte gemacht. Das in Orlando ansässige Start-up-Unternehmen entwickelt pumpenfreie mikrophysiologische Multi-Organ-Systeme (Human-on-a-Chip-Systeme), die für die Erforschung seltener Krankheiten geeignet sind, da sie für einzelne Krankheiten maßgeschneidert werden können. Gegründet wurde das Unternehmen von den Professoren Dr. Michael Shuler und Dr. James J. Hickman, die über langjährige Erfahrung in der Body-on-a-Chip-Forschung verfügen, wobei Dr. Shuler als Erfinder dieses Bereichs gilt. Hesperos hat bereits mikrofluidische Systeme mit menschlichen Herz-, Muskel-, Glia-, Endothel-, Hepatozyten-, Knochenmark-, Krebs-, Immun- und Epithelzellen gebaut und Validierungsstudien mit der Industrie durchgeführt (22). Das Design ihrer mikrofluidischen Chipsysteme ist pumpenlos, um den Bedarf an Pumpen und Schläuchen zu eliminieren, was die Plattformen vereinfacht, die Blasenbildung eliminiert und es zu einem System mit geringem Volumen macht, das die Analyse sowohl der Mutterzelle als auch ihrer Metaboliten ermöglicht, wenn ein Lebermodell einbezogen wird. Beispiel für ein entwickeltes Multiorgan-System. A) 5-Kammer-Multiorgan-System in der Übersicht. B) Kammer 1 enthält Leberzellen, Kammer 2 und 4 sind Herzzellen auf Cantilevern bzw. auf Multielektrodenarrays (MEAs), Kammern 3 und 5 wurden in diesem Fall für zwei unterschiedliche Krebszelllinien verwendet. Testsubstanzen werden dem Medium in Port A hinzugegeben und durchlaufen als erstes die Leber, um den first-Pass-Metabolismus zu simulieren. Quelle: McAleer et al. (2019). Science Translational Medicine 11/497, DOI: 10.1126/scitranslmed.aav1386. (Mit freundlicher Genehmigung von AAAS.)** Ein Beispiel für die Fülle der Entwicklungen des Start-ups Hesperos ist der sogenannte Cantilever-Chip: Er besteht aus 32 mikroskopisch kleinen Silizium-Auslegern, auf deren Oberfläche Herz- oder Muskelzellen kultiviert werden können. Mit einem Laser- und Photodetektorsystem wird die Zellkontraktion an den Cantilevern aufgezeichnet, die bei der kleinsten Zellbewegung in Beugung versetzt werden. Wenn eine Testsubstanz auf eine Muskelzelle einwirkt, wird die Kontraktionsabweichung in Größe, Zeit und Dauer genau erfasst. In einem kombinierten Modell werden Multielektroden-Arrays zur Messung der elektrischen Aktivität von Zellen, vor allem von Herz- und Nervenzellen, und das Cantilever-Modell zur Messung von Stresskontraktionen von Herzmuskelzellen sowie von Skelettmuskeln mit dem Photodiodenlaser- und Detektorsystem verwendet (23). "... eine einfache, effektive und auch relativ kostengünstige Möglichkeit, seltene Krankheiten zu erforschen..." Die Erforschung seltener Krankheiten ist für Pharmaunternehmen unattraktiv. Wegen des hohen Aufwands und der geringen Zahl der betroffenen Patienten stehen Kosten und Nutzen für die Unternehmen einfach nicht im Verhältnis. Hinzu kommt, dass für die Forschung nur wenig Geld zur Verfügung steht - und wenig oder keine so genannten Tiermodelle, an denen man sie untersuchen kann. Deshalb ist das Forschungsgebiet der seltenen Krankheiten ein ideales Beispiel, um die Vorteile aufzuzeigen, die komplexe tierfreie Methoden wie die Human-on-a-Chip-Technologie bieten. Wir sprachen mit Chief Scientist Prof. Dr. James J. Hickman über das Potenzial dieser tierfreien Techniken für die Erforschung seltener Krankheiten und darüber hinaus. InVitro+Jobs: Zur Erforschung von Krankheiten und Therapien werden immer noch hauptsächlich Tiermodelle eingesetzt. Wie ist die Situation bei seltenen Krankheiten? Prof. Hickman: Es gibt über 7.700 bekannte seltene Krankheiten, denen nur etwa 400 aktive Forschungsprogramme gegenüberstehen. Das liegt daran, dass aufgrund der geringen Patientenzahl in den meisten Fällen nur minimale Mittel für die Erforschung seltener Krankheiten zur Verfügung stehen. Daher gibt es nur wenige Tiermodelle für seltene Krankheiten, und in vielen Fällen sind sie, weil es sich um humanisierte Modelle handelt, unerschwinglich teuer. Darüber hinaus gibt es für die meisten seltenen Krankheiten aus technischen Gründen überhaupt keine Tiermodelle. InVitro+Jobs: Können Sie in einfachen Worten erklären, wie die Human-on-a-Chip-Technologie auf diesem Gebiet funktioniert? Prof. Hickman: Es ist ein einfacher Prozess, Stammzellen von Patienten mit einer seltenen Krankheit zu erzeugen, die Zellen in die am stärksten betroffenen Zellen zu differenzieren oder Serumproben von Patienten zu verwenden, um phänotypische Modelle zu entwickeln, die sich vom gesunden Probanden (Wildtyp) in einigen Schlüsselfunktionen unterscheiden. Alle Moleküle*, die die Leistung verbessern und sie näher an den Wildtyp heranbringen können, hätten das Potenzial, die Krankheit zu behandeln. InVitro+Jobs: Also ist die Wissenschaft in diesem Bereich praktisch gezwungen, diese Krankheiten mit tierfreien Methoden zu untersuchen? Prof. Hickman: Die Human-on-a-Chip-Technologie ist eine einfache, effektive und relativ kostengünstige Möglichkeit, seltene Krankheiten zu erforschen. Das führt automatisch zu einer Reduzierung der Tierversuche in diesem Bereich durch die Chip-Technologie. InVitro+Jobs: Könnte man im Umkehrschluss sagen, dass die Existenz von tierischen Krankheitsmodellen die Forschung und die effektive Entwicklung bestimmter Therapien sogar behindert? Denn wenn ein Tiermodell existiert, wird die Chiptechnologie gar nicht genutzt und kann sich als Methode nicht bewähren. Prof. Hickman: Nein, selbst wenn ein Tiermodell existiert, kann die HoaC-Technologie helfen, diese Experimente zu reduzieren und zu verfeinern und sich während solcher Experimente möglicherweise als besseres Modell als die Versuchstiere erweisen. Wenn also ein Tiermodell existiert, schließt das die Anwendung einer HoaC-Technologie auf die seltene Krankheit nicht aus. InVitro+Jobs: Welche seltenen Krankheiten können bereits mit der Human-on-a-Chip (HoaC) Technologie erforscht werden? Prof. Hickman: Bei Hesperos haben wir eine Reihe von vielversprechenden Medikamentenkandidaten für verschiedene seltene Krankheiten, die mit der HoaC-Technologie erforscht wurden, und wir glauben, dass die Mehrzahl der seltenen Krankheiten mit der HoaC-Technologie angegangen werden kann. Wir haben bereits einen Antrag auf Zulassung eines neuen Medikaments für eine seltene Krankheit mit dieser Methode eingereicht und zahlreiche weitere in der Entwicklung. InVitro+Jobs: Welche weiteren Vorteile bieten die HoaC-Methoden für die Erforschung seltener Krankheiten? Prof. Hickman: Die meisten Tiermodelle für seltene Krankheiten existieren derzeit nicht oder sind aus technischen oder finanziellen Gründen nicht machbar. Außerdem ist es wahrscheinlich ein besseres Modell für die Erforschung der Wirksamkeit von Medikamenten im Vergleich zu anderen Techniken, weil wir phänotypische Modelle mit echten Patientenproben erstellen können. Das Aufkommen der Stammzelltechnologie macht es einfach, Patientenzellen in Stammzellen umzuwandeln, die dann zu den betroffenen Zellen differenziert werden können. Bei anderen seltenen Krankheiten wird nur Plasma aus Blutproben ausreichen, zum Beispiel bei einigen Immunkrankheiten, bei denen sich die Antikörper, die die Krankheit verursachen, im Blut befinden. InVitro+Jobs: Welche seltenen Krankheiten können bei Hesperos bereits mit HoaC untersucht werden? Prof. Hickman: Hesperos konzentriert sich derzeit hauptsächlich auf neurologische seltene Krankheiten, sowohl auf Erkrankungen des zentralen Nervensystems als auch des peripheren Nervensystems. Wir erforschen auch lysosomale Speicherkrankheiten sowie Leber- und Herzphänomene. InVitro+Jobs: Könnte man sagen, dass mehr Mittel für die Chiptechnologie auch zu mehr Therapien für betroffene Patienten führen würden? Prof. Hickman: Ja, ich glaube, das ist der Fall, vor allem, wenn die Förderung auf seltene Krankheiten ausgerichtet ist. InVitro+Jobs: Wie werden Entwickler bei der Erforschung seltener Krankheiten unterstützt, z.B. durch den Orphan Drug Act (ODA)? Prof. Hickman: Hesperos konnte sich zur Zeit nicht direkt bei diesem Programm bewerben. Es arbeitet aber mit Firmen zusammen, die diesen Weg genutzt haben, um Kapital zu beschaffen oder Mittel zu erhalten, die ihnen sonst für die Forschung an seltenen Krankheiten nicht zur Verfügung gestanden hätten. InVitro+Jobs: Was sind die Schwierigkeiten bei der Entwicklung einer Chip-Technologie für seltene Krankheiten? Prof. Hickman: Die Hauptbeschränkung bei der Erforschung seltener Krankheiten ist zur Zeit die Finanzierung und der Zugang zu Patientenproben. Es gibt auch einige seltene Krankheiten, bei denen der Einsatz der HoaC-Technologie nicht optimal ist. Aber da wir vernetzte Multi-Organ-Systeme individuell aufbauen können, haben wir ein breites Spektrum an Krankheitsindikationen, die wir angehen können. InVitro+Jobs: Haben die Ergebnisse der Erforschung einer seltenen Krankheit mit HoaC bereits zur Entwicklung eines Medikaments geführt? Prof. Hickman: Ich kann nicht für andere Firmen oder Forschungsanstrengungen auf dem Gebiet der seltenen Krankheiten sprechen, aber mir sind bisher keine Anstrengungen bekannt, die zu einem zugelassenen Medikament geführt haben. Das liegt aber nicht an der Leistungsfähigkeit der Technologie, sondern daran, dass sie erst seit kurzem kommerzialisiert wird. Die Erforschung seltener Krankheiten mit Hilfe von Chiptechnologien wächst rasant. Bei Hesperos haben wir eine Reihe von vielversprechenden Kandidaten für verschiedene seltene Krankheiten, und wir haben ein Molekül, an dem wir mit dem Pharmaunternehmen Bioverativ gearbeitet haben, das in einem unserer Funktionsmodelle hervorragende Ergebnisse erzielte. Das ermöglichte die Einreichung eines Zulassungsantrags für ein neues Medikament bei der FDA, der hauptsächlich auf diesen Ergebnissen basiert. InVitro+Jobs: Haben die Entwicklungen zu Kooperationen mit der Pharmaindustrie geführt? Prof. Hickman: Ja, wir haben Kooperationen mit kleinen, mittleren und großen Pharmaunternehmen sowie mit staatlichen, akademischen und gemeinnützigen Organisationen aufgebaut. InVitro+Jobs: Gibt es an Ihrer Universität UCF bereits Kurse, in denen Studierende die In-vitro-Modellierung von seltenen Krankheiten erlernen können? Prof. Hickman: Leider ist die Technologie noch zu neu, um bei der Verwaltung der UCF ein Interesse zu wecken, das die Einrichtung von Kursen auf diesem Forschungsgebiet ermöglichen würde. InVitro+Jobs: Worin sehen Sie das Potenzial der Chip-Technologie über die Forschung an seltenen Krankheiten hinaus? Prof. Hickman: Wir konzentrieren uns auf seltene Krankheiten, weil wir glauben, dass hier ein ungedeckter Bedarf besteht, aber wir und andere Firmen, die mikrophysiologische Systeme anbieten, arbeiten auch an allgemeineren Krankheiten wie Herzkrankheiten, Alzheimer und Diabetes. InVitro+Jobs: Wir danken Ihnen für das Gespräch. * Molekül: Potenziell pharmazeutisch aktive Substanz, die untersucht wird. ** Die Leser dürfen das Material nur zu vorübergehenden Kopierzwecken ansehen, durchblättern und/oder herunterladen, vorausgesetzt, dass diese Verwendungen für nichtkommerzielle persönliche Zwecke erfolgen. Außer in den gesetzlich vorgesehenen Fällen darf dieses Material ohne vorherige schriftliche Genehmigung des Herausgebers weder ganz noch teilweise weiter vervielfältigt, verteilt, übertragen, verändert, angepasst, aufgeführt, angezeigt, veröffentlicht oder verkauft werden. Literatur: (1) Bundesministerium für Gesundheit (2020). Seltene Erkrankungen. https://www.bundesgesundheitsministerium.de/themen/praevention/gesundheitsgefahren/seltene-erkrankungen.html (2) Gelbe Liste Online (2021). Seltene Erkrankungen. https://www.gelbe-liste.de/seltene-erkrankungen/seltene-erkrankungen-haeufiger-als-gedacht (3) Verband der forschenden Pharma-Unternehmen (2019). Was sind seltene Erkrankungen? https://www.vfa.de/de/arzneimittel-forschung/seltene-erkrankungen/was-sind-seltene-erkrankungen (4) MedLine plus (2020). CLN2 disease. https://medlineplus.gov/genetics/condition/cln2-disease/ (5) Kohlschütter, A, Goebel, H.-H., Schulz, A. & Lukacs, Z. (2005). Die neuronalen Ceroid-Lipofuszinosen: De-menzerkrankungen bei Kindern und Jugendlichen. https://www.aerzteblatt.de/archiv/45242/Die-neuronalen-Ceroid-Lipofuszinosen-Demenzerkrankungen-bei-Kindern-und-Jugendlichen. Dtsch Arztebl 2005; 102(5): A-284 / B-232 / C-219 (6) https://flexikon.doccheck.com/de/Lipofuszin (7) Verordnung (EG) Nr. 141/2000 über Arzneimittel für seltene Leiden. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/HTML/?uri=LEGISSUM:l21167&from=DE (8) Pires de Mello, C. P., Rumsey, J., Slaughter, V. & Hickman, J. J. (2019). A human-on-a-chip approach to tackling rare diseases. Drug Discov Today 24/11 :2139-2151. doi: 10.1016/j.drudis.2019.08.001. (9) Verband Forschender Arzneimittelhersteller e.V. (vfa) (2021). Zugelassene Orphan Drugs. 12.02.2021. https://www.vfa.de/de/arzneimittel-forschung/datenbanken-zu-arzneimitteln/orphan-drugs-list?filterWirkstoff=&filterIndikation=neuronale+Ceroid-Lipofuszinose+&sprungmarke=listmedikamenteorphan-90654#listmedikamenteorphan-90654 (10) Bundesinstitut für Risikobewertung (2021). Datenbank Animaltestinfo. https://www.animaltestinfo.de/ (11) Orphanet (2006). Sandhoff Krankheit. https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?Lng=DE&Expert=796 (12) Matt Demczko. Tay-Sachs-Syndrom und Morbus Sandhoff. MSD Manual. Ausgabe für medizinische Fach-kreise. https://www.msdmanuals.com/de-de/profi/p%C3%A4diatrie/angeborene-stoffwechselst%C3%B6rungen/tay-sachs-syndrom-und-morbus-sandhoff (13) Sango, K., Yamanaka, S., Hoffmann, A., et al. (1995). mouse models of Tay-Sachs and Sandhoff diseases differ in neurologic phenotype and ganglioside metabolism. Nature Genetics 11: 170-176. (14) Breiden, B. & Sandhoff, K. (2020). Mechanism of Secondary Ganglioside and Lipid Accumulation in Lyso-somal Disease. Review. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 2566; doi:10.3390/ijms21072566. (15) G. Schettler, ‎H. Greten, ‎G. Schlierf (Hrsg. 2013). In. Handbuch der Inneren Medizin. 5. Auflage, Band 7, Stoffwechselkrankheiten, 4. Teil, Fettstoffwechsel. S. 631. Springer Verlag. (16) Sonnino, S., Mauri, L., Chigorno, V. & Prinetti, A. (2006). Gangliosides as components of lipid membrane domains. Glycobiology 17/1: 1R–13R. doi:10.1093/glycob/cwl052 (17) Camilly P. Pires de Mello, John Rumsey, Victoria Slaughter & James J. Hickman (2019). A human-on-a-chip approach to tackling rare diseases. Drug Discovery Today 24/11. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2019.08.001. https://hesperosinc.com/wp-content/uploads/2019/11/1-s2.0-S1359644619303113-main.pdf (18) https://www.gesundheitsstadt-berlin.de/ (19) Inak-Girrbach, G. (2019). Modeling Leigh syndrome using patient-specific induced pluripotent stem cells. Inaugural-Dissertation, Freie Universität Berlin. https://core.ac.uk/download/pdf/268939013.pdf (20) Inak, G., Rybak-Wolf, A., Lisowski, P. et al. (2019). SURF1 mutations causative of Leigh syndrome impair human neurogenesis. BioRxiv preprinbt doi https://doi.org/10.1101/551390 (21) Guo, X., Smith, V., Jackson, M., Tran, M., Thomas, M., Patel, A., Lorusso, E., Nimbalkar, S., Cai, Y., McAleer, C. W., Wang, Y., Long C. J. & Hickman, J. J. (2020). A human-based functional NMJ system for personalized ALS modeling and drug testing. Adv. Therapeutics 3(11):2000133 (1-17). (22) Hesperos (2021). The Human-on-a-Chip Company. https://hesperosinc.com/ (23) Smith, A., S., T., Long, C. J., McAleer, C., Bobbitt, N., Srinivasan, B. and Hickman, J. J. (2014). Utilization of Microscale Silicon Cantilevers to Assess Cellular Contractile Function In Vitro. Journal of Visualized Experiments 92. doi:10.3791/51866 (24) Gross, D.P., Burgard, C.A., Reddehase, S., Leitch, J.M., Culotta, V.C., Hell, K. (2011). Mitochondrial Ccs1 contains a structural disulfide bond crucial for the import of this unconventional substrate by the disulfide relay system. Molecular Biology of the Cell 22(20):3758-67. (25) Andersen, P. M. (2006). Amyotrophic lateral sclerosis associated with mutations in the CuZn superoxide dismutase gene. Curr Neurol Neurosci Rep,6, 37-46. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16469270/