Händel-Tierschutzpreis: Preisträger im Interview

Das Forschungsteam „Würzburg Initiative 3R (WI3R)“ ist für die Entwicklung von Gewebemodellen zum Ersatz von Tierversuchen mit dem URSULA M. HÄNDEL-Tierschutzpreis ausgezeichnet worden. Genutzt wird diese Technologie beispielsweise in der Infektions- und Krebsforschung sowie bei der Testung von Kosmetika, Nahrungsergänzungsmitteln und medizinischen Produkten wie Medikamenten oder Impfungen. Die Initiative erhielt den Preis für die Entwicklung und Anwendungsreife von sechs Gewebemodellen außerhalb außerhalb des leben Organismus (In-vitro-Modellen) der Barriereorgane Haut, Hornhaut des Auges (Kornea), Darm, Blut-Hirn-Schranke und Lunge sowie für Neubildungen von Gewebe (solide Tumoren).

Was sind Barriereorgane und welche Bedeutung haben diese für die menschliche Gesundheit?

Dr. Marco Metzger: Unter Barriereorganen versteht man epitheliale Gewebe, die entweder die Barriere zwischen dem menschlichen Körper und seiner Umwelt bilden, oder die verschiedenen Kompartimente im Körper voneinander abgrenzen. Diese Barrieren werden von hochspezialisierten Geweben wie der Haut, dem Auge, den Atemwegen, der Blut-Hirn-Schranke und dem Darm gebildet.

Die Forschungsarbeiten des Würzburger Teams haben einen erheblichen Einfluss auf die Verringerung und den Ersatz von Tierversuchen.

Die Initiative „WI3R“ (von links nach rechts/hintere Reihe: Dr. Gudrun Dandekar, Dr. Christian Lotz, Dr. Daniela Zdzieblo, Dr. Antje Appelt-Menzel; vordere Reihe: Dr. Sarah Nietzer, Dr. Florian Groeber-Becker, Dr. Maria Steinke, PD Dr. Marco Metzger) / Bild: PD Dr. Marco Metzger

Was macht die Gewebe-Modelle von Barriereorganen so attraktiv als Alternative zum Tierversuch?

Zum einem sind Barriereorgane auf Grund ihrer exponierten Lage von herausragender Bedeutung für die Toxikologie. Neue Produkte, Chemikalien oder Formulierungen kommen als erstes an den äußeren Barrieren in Kontakt mit dem menschlichen Körper. Daher ist die Abschätzung der giftigen Wirkung auf diese Gewebe regulatorisch vorgeschrieben und die Frage, ob eine Chemikalie eine Barriere überwinden kann, entscheidet über deren systemische Giftigkeit.

Zum anderen sind Barriereorgane assoziiert mit einer Vielzahl von Krankheiten etwa in Autoimmun- und Infektionserkrankungen oder der Bildung verschiedener Krebserkrankungen. Entsprechend besitzen die Barriereorgane ebenfalls eine große Bedeutung bei der präklinischen Evaluierung der Wirksamkeit neuer Therapien. Für beide Bereiche sind momentan noch Tierversuche notwendig, weshalb die Entwicklung neuer Alternativen in diesem Bereich einen großen Hebel zur Reduzierung und zum Ersatz von Tierversuchen darstellt.

An welchen Organsystemen arbeiten Sie?

Unser Team arbeitet an der Haut, dem Auge, dem Gastrointestinaltrakt, den leitenden Atemwegen, der Blut-Hirn-Schranke und verschiedenen onkologischen Indikationen.

In welchen Bereichen sowohl in der Forschung als auch in der Industrie finden die Modelle Anwendung?

Mit unserer Forschung decken wir einen breiten Bereich innerhalb der biomedizinischen Forschung ab. So finden die von uns entwickelten Modelle und Testverfahren in der Risikoabschätzung etwa für die Augenreizung aber auch innerhalb der kosmetischen Forschung Anwendung. Zudem arbeiten wir aktiv an der Entwicklung von In-vitro-Modellen für die pharmakologische Forschung, aber auch für die Grundlagenforschung beispielsweise in der Untersuchung der Geweberegeneration, der Onkologie oder der Infektionsforschung.

3R-Erfolge
Die Forschungsarbeiten des Würzburger Teams hatten einen erheblichen Einfluss auf die Verringerung und den Ersatz von Tierversuchen. Folgende Errungenschaften sind besonders hervorzuheben:

– Seit 2009 hat das Team einen wichtigen Beitrag zur wissenschaftlichen Erforschung alternativer Methoden geleistet und zahlreiche neuartige humane In-vitro-Modelle entwickelt, z.B. das erste gut durchblutete (vaskularisierte) Hautmodell, ein stammzellabgeleitetes (iPSC)-abgeleitetes Modell der Blut-Hirn-Schranke, ein primäres Darmmodell, das sich für Aufnahmestudien von Medikamenten oder Nahrungsmitteln eignet, oder Modelle mit erheblicher Vorhersagekraft für die onkologische Forschung.

– Durch die Kombination der nicht-invasiven Biosensortechnologie und der Gewebemodelle konnte das Team In-vitro-Testverfahren etablieren, die es beispielsweise ermöglichen, alle drei Kategorien von Augenreizungen in einem Test vorherzusagen und damit den Draize-Augentest im Tiermodell vollständig ersetzen.

– Das Team unterstützt die Verbreitung der 3R im Rahmen seiner Lehrtätigkeit in den Studiengängen der Biologie, Biomedizin und Materialwissenschaften. Ferner konnte das Team das Konzept der Alternativmethoden im DFG-Graduiertenkolleg 2157 „3D Infect“ implementieren. Darüber hinaus haben das Team über die Fraunhofer Academy ein berufsbegleitendes Seminarkonzept zur Verbreitung der Anwendung von In-vitro-Methoden im industriellen Kontext initiiert.

– Das Team arbeitet direkt mit der chemischen, kosmetischen und pharmazeutischen Industrie zusammen und konnte in über 100 Projekten einen wesentlichen Beitrag zum Ersatz von Tierversuchen leisten.

Die Entwicklung neuer Alternativen in den Bereichen Toxikologie und Wirksamkeitsforschung stellt  einen großen Hebel zur Reduzierung und zum Ersatz von Tierversuchen dar.

Wie setzt sich die „Würzburg Initiative 3R“ zusammen und wie kam es zur Bildung des Teams?

Die Bildung der „Würzburg Initiative 3R“ (WI3R) geht auf die durch den Freistaat Bayern und der Fraunhofer-Gesellschaft geförderten Gründung der Fraunhofer-Projektgruppe „Regenerative Technologien für die Onkologie“ (TLZ-RT) zurück. Dabei erwies sich die Zusammenarbeit zwischen dem Universitätsklinikum als grundlagenwissenschaftlich orientiertem Partner und Fraunhofer mit seiner anwendungsorientierten Expertise als ideale Kombination, wodurch sich das TLZ-RT schnell zu einer der führenden Institutionen im Bereich der 3R entwickelte und den Grundstein für die „Würzburg Initiative 3R“ legte.

Aus welchen Personen setzt sich das Team zusammen?

Lungentumormodell mit stützendem Bindegewebe (Paraffinschnitt eines Lungentumor-Modells und immunhistochemische Färbung: rot = Lungentumor; grün = Bindegewebe (Stroma)) / Bild: PD Dr. Marco Metzger

Neben meiner Person als Leiter des Translationszentrums setzt sich das Team aus sieben Gruppenleitern zusammen. Die Arbeitsgruppen befassen sich mit den Körperbarrieren Haut (Florian Groeber-Becker), Auge (Christian Lotz), Atemwege (Maria Steinke), Gastrointestinaltrakt (Daniela Zdzieblo und Marco Metzger), Blut-Hirn-Schranke (Antje Appelt-Menzel) und den onkologischen Modellen (Gudrun Dandekar und Sarah Nietzer). 

Wie lange arbeiten Sie schon zusammen?

Die wesentliche Leistung der „Würzburg Initiative 3R“ besteht nicht nur in den Einzelleistungen der beteiligten WissenschaftlerInnen, sondern in der Bildung eines hervorragenden interdisziplinär arbeitenden Teams, das sich gegenseitig stärkt und von der Nähe zu den technischen und materialwissenschaftlichen Gruppen bei Fraunhofer und dem Universitätsklinikum profitiert. Diese Kooperation entwickelte sich seit 2009 mit der Gründung der Fraunhofer-Projektgruppe „Regenerative Technologien für die Onkologie“ sowie des universitären Lehrstuhls „Tissue Engineering und Regenerative Medizin (TERM)“ und wurde mit der Gründung des Fraunhofer TLZ-RT im Jahre 2014 verstetigt. Im nächsten Schritt steht nun die nationale und internationale Vernetzung der Würzburger Initiative 3R an. Mit dem bevorstehenden Bezug neuer Biolabore in der denkmalgerecht sanierten „Alten Augenklinik“ in Würzburg steht zukünftig ein repräsentatives Gebäude mit modernster Infrastruktur für die 3R-Forschung zur Verfügung.

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