Wie lösen Bakterien und Viren Krankheiten aus? Wie setzt sich unser Immunsystem gegen sie zur Wehr? Und mit welchen neuen Wirk- und Impfstoffen kann man gefährliche Infektionen bekämpfen? Diesen und vielen weiteren Fragen gehen die Wissenschaftler:innen am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) nach. Auf der Suche nach neuen Therapien von Infektionskrankheiten untersuchen sie auch das komplexe Zusammenspiel von Zellen im Immunsystem und Wechselwirkungen von Wirkstoffen. Diese Fragestellungen lassen sich nicht vollständig mit Zellkultur- und Computermodellen (in vitro Modelle), die Tierversuche ersetzen, beantworten. Daher sind derzeit noch immer Tierversuche notwendig, um beispielsweise die Sicherheit und Wirksamkeit von Wirkstoffen oder Impfstoffen zu beurteilen.
Internationaler Tag des Versuchstiers am 24. April
Tierversuche in der Coronavirus-Forschung
Die aktuelle Coronavirus-Pandemie hat das Thema „Infektionskrankheiten“ wieder in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Das HZI hat seit Beginn des Jahres 2020 zahlreiche Projekte gestartet, um das Coronavirus SARS-CoV-2 zu erforschen. Dabei kommen auch Tierversuche zum Einsatz, etwa um die Verträglichkeit von Virus-Hemmstoffen zu beurteilen und ihre pharmakologischen Eigenschaften zu bestimmen.
Die weltweiten Forschungsanstrengungen der Impfstoffentwicklung haben zahlreiche verschiedene Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 hervorgebracht. Bis heute wurden schon mehr als 10 Milliarden Dosen der Impfstoffe gegen den Erreger verimpft (Stand: April 2022). Die schnelle Entwicklung dieser Vakzine wäre ohne Tierversuche nicht möglich gewesen.
Das 3R-Prinzip
Tierversuche sind in der medizinischen Forschung unerlässlich. Sie werden jedoch auf ein notwendiges Minimum beschränkt. Daher ist das 3R-Prinzip – Replace (Vermeiden), Reduce (Verringern) und Refine (Verbessern) – einer der wichtigsten Grundsätze bei Tierversuchen. Diese Richtlinie gibt vor, dass Tierversuche soweit möglich durch Alternativmethoden ersetzt wird (Replace). Zudem werden Studien so designt, dass die Zahl der Versuchstiere auf ein Minimum reduziert wird (Reduce). Die Haltungs- und Untersuchungsmethoden sind darauf ausgelegt, den Stress für die Versuchstiere zu minimieren (Refine).
Auch das HZI ist sich der großen Verantwortung gegenüber den Versuchstieren bewusst und hat sich dem 3R Prinzip verschrieben.
Warum wir am HZI nicht auf Tierversuche verzichten können
In der täglichen Arbeit setzen unsere Wissenschaftler:innen verschiedene Methoden ein, um die Zahl der Tierversuche zu reduzieren. Für einige Aspekte ihrer Forschung können sie trotzdem nicht komplett auf Tiermodelle verzichten, hier erklären sie warum:
Prof. Ulrich Kalinke, Wissenschaftlicher Direktor des TWINCORE - Zentrums für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung, Leiter der Arbeitsgruppe „Experimentelle Infektionsforschung“
„Neue Erkenntnisse der immunologischen Forschung erlaubten die schnelle Entwicklung wirksamer COVID-19 Impfstoffe. Neuartige Antikörpermoleküle werden die Therapie von Krebs verbessern. Bei der Entwicklung neuer Arzneimitteln ist die Ersterprobung im Menschen immer kritisch. Welche Konzentration einer neuen Substanz soll im Menschen eingesetzt werden und wird sich die gewünschte Wirkung einstellen? Ohne Tierexperimente wäre die Entwicklung neuer Interventionen unmöglich.“
Prof. Carlos Guzmán, Leiter der Abteilung „Vakzinologie und angewandte Mikrobiologie“
„Die Entwicklung neuer Impfstoffe wird schon seit längerer Zeit durch den Einsatz von in vitro Testsystemen unterstützt. Die Basis bilden antigen-spezifische Immunzellen, die aus transgenen Versuchstieren gewonnen werden. Ziel ist es, möglichst viel Erkenntnisgewinn mit sehr geringen Tierzahlen zu generieren, so dass die Tierzahlen für die Identifikation neuer Impfstoffe oder Hilfsstoffe weiter reduziert werden können (3R-Prinzip). Allerdings benötigt die Impfstoffentwicklung auch weiterhin ein funktionierendes Immunsystem mit unterschiedlichen Zelltypen die miteinander interagieren, um die komplexen Wechselwirkungen mit den Organen und den Gefäßen darzustellen und etwaige unerwünschte Nebenwirkungen zu identifizieren.“
Prof. Luka Cicin-Sain, Leiter der Abteilung „Virale Immunologie“
„Eine SARS-CoV-2-Infektion kann die Lunge zerstören, indem sie die Zellen des Immunsystems aktiviert. Nach der Infektion werden einige Immunzellen lokal in der Lunge aktiviert und wandern zu den Lymphknoten, wo sie andere Immunzellen aktivieren. Diese wandern zurück in die Lunge, um die Infektion zu bekämpfen. Dies führt zu komplexen Interaktionen von Dutzenden von Zelltypen in der dreidimensionalen Struktur der Lunge, der Lymphknoten oder des Blutes. Wir können keine Therapien für COVID-19 entwickeln, wenn wir diese Prozesse nicht verstehen, und wir können diese komplexen Prozesse nicht allein durch in vitro Experimente verstehen. Daher bleiben Tierversuche ein unverzichtbares Werkzeug, um Infektionskrankheiten zu verstehen und zu bekämpfen.“
Prof. Rolf Müller, Geschäftsführender Direktor des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS), Leiter der Abteilung „Mikrobielle Naturstoffe“
„Generell sollten Tierversuche in möglichst geringem Ausmaß und nur zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der globalen Gesundheit angewendet werden. In der Antibiotikaforschung befinden sich nur wenige Wirkstoffkandidaten in der Entwicklung, während der Bedarf nach neuen, resistenzbrechenden Antibiotika konstant steigt. Aussagekräftige in vivo Daten aus Tierversuchen, z.B. zur Verträglichkeit einer Substanz, sind fester Bestandteil bei deren Translation in die Präklinik und damit notwendig um neue Wirkstoffe in die Anwendung zu bringen. Eine Verschärfung der Tierversuchsregularien würde diesen Prozess erheblich verzögern.“
Prof. Jochen Hühn, Leiter der Abteilung „Experimentelle Immunologie“
„Wir interessieren uns für den Einfluss von Mikrobiota und Infektionen auf die Entwicklung des Immunsystems. Insbesondere wenn diese Ereignisse in Neugeborenen stattfinden, können sie langanhaltende Folgen haben. Dafür wollen wir Behandlungsmethoden entwickeln. Das komplexe Zusammenspiel von Mikrobiota bzw. Erregern mit dem Immunsystem sowie den betroffenen Organen lässt sich noch nicht durch Zell- oder Organkulturen abbilden, weswegen wir für das Verständnis dieser Vorgänge auf Tierversuche angewiesen sind.“
Prof. Anna K.H. Hirsch, Leiterin der Abteilung „Wirkstoffdesign und Optimierung“
„In unserem Prozess zur Entwicklung neuartiger Antiinfektiva versuchen wir mit passgenauen Labormodellen, eine möglichst akkurate Vorstellung zu bekommen, wie sich die von uns entwickelten Moleküle im Menschen verhalten würden. Hiermit ist es möglich, die Anzahl der Versuchstiere deutlich zu reduzieren. Eine gewisse Anzahl an Tierversuchen ist dennoch notwendig, da einige im lebenden Organismus generierte Daten derzeit unersetzlich sind.“
Prof. Claus-Michael Lehr, Leiter der Abteilung „Wirkstofftransport über biologische Barrieren“
„Bei der Erforschung des Wirkstofftransports über biologische Barrieren können komplexe in vitro Labormodelle, z.B. mit humanen Zellkulturen, dabei helfen detaillierte Informationen über die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen zu gewinnen. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag um die Anzahl an Tierversuchen zu reduzieren. Bis diese Modelle allerdings etabliert und validiert sind, bleiben Tiermodelle ein wichtiges Tool zur Beurteilung der Wirksamkeit und Sicherheit neuer Wirkstoffe.“
Weiterführende Informationen
Weitere Informationen zur Versuchstierhaltung am HZI finden Sie auf der Seite der Serviceeinheit "Vergleichende Medizin".
Zur Broschüre „Kompass Tierversuche“ der Initiative „Tierversuche verstehen“ mit Zusatzinformationen und Grafiken zu Tierversuchen in Deutschland.
Ausführliches Interview von Prof. Luka Cicin-Sain zur Notwendigkeit von Tierversuchen in der Infektionsforschung
Quellenverzeichnis
Grafik "Tierversuche weisen Forschenden im Pandemie-Marathon den Weg ins Ziel" ©Tierversuche verstehen, CC-BY-4.0
Grafik "Wofür steht das 3R-Prinzip bei Tierversuchen?" ©Tierversuche verstehen
