Alternative Modelle

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Zellbasierte Toxizitätstests bieten eine breite Palette von Möglichkeiten zur Bewertung wichtiger Merkmale in der Arzneimittelforschung.

Genotoxizität
Assays für

• Mutagenese Klastogene und aneugenische Veränderungen
• DNA-Reparaturmechanismus

Hämokompatibilität
Assays für

• Hämolyse Plasmatische Gerinnung
• Thrombozyten-Aktivierung Komplement-Aktivierung

Immunotoxizität
Assays für

• Phagozytenfunktion (NO-Bildung, Atmungsstoß, Chemotaxis, Phagozytose, Oberflächenmarker)
• Panels von Zytokinen

Chronische Zytotoxizität
3D-Kultur von Zellen auf

• Mikroperlen im Tisch-Bioreaktor
• Membranen an einer Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche

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Eleonore Fröhlich
Medizinische Universität Graz
eleonore.froehlich@medunigraz.at

Biologische Mutagenitäts- und Zytotoxizitätstests können das Gefährdungspotenzial komplexer Gemische oder chemischer Stoffe sehr zeitnah bewerten. Daher können Untersuchungen mit einer geeigneten Kombination dieser Assays nützliche Informationen über das toxische/mutagene Potenzial liefern.

• AMES ASSAY 
• UMU ASSAY 
• CALAX ASSAY
   

AMES-ASSAY

Der Ames-Assay ist ein schnelles und weit verbreitetes bakterielles Instrument zum Screening auf mutagene Wirkungen von Chemikalien oder Extrakten und kann mit S9 (roher Leberenzym-Extrakt) zur Stoffwechselaktivierung durchgeführt werden. Er ermöglicht den Nachweis von Basenpaarsubstitutionen und Frame-Shift-Mutationen.

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UMU-ASSAY
Der Umu-Assay ist ein weniger bekanntes bakterielles Instrument zur Bewertung des mutagenen und zytotoxischen Potenzials mit oder ohne S9. Er basiert auf der Fähigkeit von Mutagenen, Gene zu induzieren, die an der bakteriellen Mutagenese über den SOS-Reparaturweg beteiligt sind, und wird in S. typhimurium durchgeführt.

CALUX®-ASSAY
Die CALUX® (Chemical Activated Luciferase gene eXpression) Assays (BioDetection Systems bv, Niederlande) ermöglichen die Untersuchung von Proben in einem eukaryotischen System mit einer quantifizierbaren Reaktion. Die CALUX-Assays verwenden die humane Knochenosteosarkom-Zelllinie U-2 OS und ermöglichen Tests auf Genotoxizität (p53 CALUX), endokrine Disruptoren ((anti-)ERα CALUX, (anti-)AR CALUX) sowie Zytotoxizität (Cytotox CALUX).

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Clemens Kittinger
Medizinische Universität Graz
clemens.kittinger@medunigraz.at

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Das Flexcell® FX5K™ Tension System ist ein computergesteuerter Bioreaktor, mit dem in vitro gezüchtete Zellen zyklischen oder statischen Zugbelastungen ausgesetzt werden können. Dieses System nutzt einen regulierten Vakuumdruck, um Kulturplatten mit flexiblem Boden zu verändern, was zu einer Substratdehnung von bis zu 25 % führt. Es ist in der Lage, mehrere Änderungen der Frequenz, Amplitude und Wellenform innerhalb eines einzigen Programms zu programmieren, wodurch die in vivo in verschiedenen Zelltypen wie Muskeln, Lunge, Herz, Blutgefäße, Haut, Sehnen, Bänder, Knorpel und Knochen auftretenden Gewebedehnungen und -frequenzen effektiv nachgebildet werden. Eine Reihe von Wellenformoptionen wie statisch, sinusförmig, Herzstimulation, dreieckig, quadratisch und anpassbar sind verfügbar. Die mechanische Stimulation erfolgt über vier unabhängige FlexLink-Fernsteuerungen für Druck und/oder Spannung, die für Platten mit 6 Vertiefungen ausgelegt sind. Die BioFlex®-Kulturplatten besitzen eine optische Klarheit, die eine direkte Beobachtung der Zellen sowohl mit inversen als auch mit aufrechten Mikroskopen ermöglicht. Diese Platten bieten eine Gesamtwachstumsfläche von 57,75 cm2 und sind mit einer Vielzahl von Matrixoberflächen erhältlich, darunter Amino, Kollagen (Typ I oder IV), Elastin, Pronektin® (RGD) und Laminin (YIGSR). Darüber hinaus ermöglicht das Tissue Train® 3D-Kultursystem die Herstellung von dreidimensionalen zellbesiedelten Gelen und die Anwendung uniaxialer Zugspannungen auf diese Gele.

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Birgit Lohberger
Medizinische Universität Graz
birgit.lohberger@medunigraz.at

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Der Test mit der Chorioallantoismembran (CAM) von Vögeln bietet ein alternatives, vielseitiges und ethisch weniger bedenkliches In-vivo-Modell für viele Anwendungen:

• Angiogenese
• Gewebe-/Organ-Xenografts
• Tumor-Zelllinien:
  • Proliferation
  • Apoptose
  • Invasion
  • Metastasierung
• Prüfung von Biomaterialien
• Prüfung von Medikamenten

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Nassim Ghaffari Tabrizi-Wizsy
Medizinische Universität Graz
nassim.ghaffari@medunigraz.at

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Die räumlich-zeitliche Entwicklung von Schwangerschaft und Plazenta bei Tieren unterscheidet sich erheblich vom Menschen. Die Ergebnisse von Tiermodellen zur Untersuchung des Transfers von Substanzen durch die Plazenta sind nicht aussagekräftig. Die Ex-vivo-Perfusion eines einzelnen menschlichen Plazentalapparates ist das zuverlässigste Versuchsmodell.

Technik
Intaktes menschliches Gewebe, unterschiedliche biologische Barrieren

• Untersuchung der vasoaktiven Eigenschaften von Arzneimitteln in einem menschlichen Gefäßsystem
• Bestimmung der Aufnahme, des Ausflusses und des Transfers von Substanzen über verschiedene Barrieren
• Untersuchung der Transferkinetik von Substanzen und Metaboliten
• Leicht zugängliches Gewebe, keine ethischen Bedenken vorhanden

Charakteristika

• Ein zuverlässiges Modell für den Transfer von Substanzen von der Mutter auf den Fötus in der Spätschwangerschaft
• Nachahmung der späten Plazenta-Physiologie ex vivo über mehrere Stunden
• Ein duales System mit vollständig getrennten mütterlichen/fötalen Kreisläufen
• Physiologische Bedingungen für verschiedene Kreisläufe: Medium, Plasma, konstante Körpertemperatur, Druckkontrolle und variable O2-Konzentrationen
• Plazentagewebe aus verschiedenen Pathophysiologien verfügbar

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Christian Wadsack
Medizinische Universität Graz
christian.wadsack@medunigraz.at

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Tierfreie Kulturmodelle sind für die translationale Forschung und die klinische Anwendung von Zellkulturprodukten unerlässlich. Daher ersetzt humanes Thrombozytenlysat das bisher verwendete fötale Rinderserum in verschiedenen Forschungsbereichen, insbesondere bei der Expansion mesenchymaler Stromazellen und in anderen Bereichen der regenerativen Medizin. Die Abteilung für Blutgruppenserologie & Transfusionsmedizin bietet ein gepooltes humanes Thrombozytenlysat nur für die Forschung an, das aus frischen Thrombozytenkonzentraten in ISO 9001:2015 zertifizierten Labors hergestellt wird. Das humane Thrombozytenlysat "O Thrombozyten in AB Plasma" ist hoch standardisiert und Aliquots werden mit einem umfangreichen Qualitätszertifikat geliefert. Auf besonderen Wunsch ist auch ein O/AB HPL in GMP-Qualität erhältlich.

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Claudia Bernecker
Medizinische Universität Graz
c.bernecker@medunigraz.at

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Dummys wie der Schweinekopf, das Silikonmodell eines Kaninchenohrs oder Ratten- und Mausdummys helfen dabei, die Belastung (Schweregrad) der Tiere durch unerfahrene Personen und die Zahl der effektiv eingesetzten Tiere zu verringern, indem sie häufige Wiederholungen einer Technik ermöglichen. Techniken wie die venöse Blutentnahme aus dem Ohr (austauschbarer Gummischlauch), das Legen eines venösen/arteriellen Katheters in die "Ohrvene"/"Arterie des Ohrs", das Legen eines arteriellen Katheters in die gemeinsame Halsschlagader oder die endotracheale Intubation können an der Schweinekopfpuppe geübt werden. Das Üben der Blutentnahme am Kaninchen selbst stellt eine große Belastung für das Tier dar. Das Silikonmodell des Ohres ist eine bewährte Ersatzmethode, um diese Technik zu trainieren. Ratten- und Mausattrappen (Ganztier- und Skelettattrappen), die die Anatomie der Tiere genau wiedergeben, können die Zahl der für Autopsien verwendeten Tiere erheblich reduzieren.

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Aida Saric
Medizinische Universität Graz
aida.saric@medunigraz.at