Gesundheit

Frühe in-vitro-Tests für schädliche Wirkungen auf Embryonen

Medikamente müssen sicher sein für werdende Mütter und für Ihre ungeborenen Kinder. Bevor die Behörden genehmigen eine neue Droge, es muss getestet werden, im Tierversuch an schwangeren Nagetieren und Regel, Schwanger, Kaninchen. Wissenschaftler am Department of Biosystems Science and Engineering der ETH Zürich in Basel haben nun einen test entwickelt, der es Ihnen ermöglicht, zu prüfen, eine Droge, die embryotoxizität in Zellkulturen anstelle von Tieren.

Der neue test noch nicht ersetzen, das Tier Studien, die gesetzlich verpflichtet sind, als Teil der Medikamente Genehmigungsprozess. Jedoch, das neue Verfahren ist einfach, schnell, und kostengünstig, können die Forscher in der Lage, es in der Zukunft zu testen, eine große Anzahl von Wirkstoffkandidaten in einer frühen Phase des Entwicklungsprozesses. Stoffe, die schädlich für Embryonen werden so frühzeitig erkannt werden, in den Prozess der Arzneimittelentwicklung und nicht nur in embryotoxizität Studien im Tierversuch. Weil Sie so teuer sind, Tierversuche werden nicht durchgeführt, bis viel später in die Medikamentenentwicklung Prozess nur mit sorgfältig vorgewählten potenziellen Wirkstoffkandidaten. Wie die neue test-Unkraut aus erfolglosen Wirkstoff-Kandidaten früher, kann es helfen, Kosten zu senken und die Verringerung der Zahl von Tierversuchen.

Zellkultur-test mit Stammzellen

Das neue Verfahren ist eine erweiterte form des embryonic stem cell Tests, in denen Substanzen in vitro getestet auf die sog. embryoid bodies. Diese drei-dimensionalen Klumpen von Zellen gebildet werden, die aus embryonalen Stammzellen-in diesem Fall von einer Maus-und Unterziehen die ersten Stadien der embryonalen Entwicklung über einen Zeitraum von zehn Tagen. Keine lebensfähigen Embryonen produziert werden kann, aus diesen Zellen.

Leitung von ETH-Professor Andreas Hierlemann von der Forschungsgruppe erweitert und bietet nun diese embryonalen Stammzellen testen zu umfassen menschliches Lebergewebe. „Es gibt eine ganze Reihe von Substanzen, die nicht toxisch sind, in Ihrer ursprünglichen form, sondern können umgewandelt werden schädliche Substanzen, die durch den menschlichen Stoffwechsel-vor allem von der Leber“, erklärt Julia Boos, der als Doktorand in Hierlemann der Gruppe und Erstautor der Studie, die veröffentlicht wurde in der Zeitschrift Advanced Science. Im Gegensatz zu den herkömmlichen embryonic stem cell test, der neu entwickelte test erkennt Substanzen von dieser Natur.

Körper auf einem chip

Von Anfang bis Ende, der neue test findet sich in seiner Gesamtheit auf eine einzelne Zelle-Kultur-chip, der ausgestattet ist mit diversen Fächern. Die Fächer enthalten microtissue Kugeln, geformt aus menschlichen Leberzellen, die von der ETH spin-off InSphero, und embryoid bodies, gewachsen aus Maus-Stammzellen. Die Leber microtissues und embryoid bodies haben einen Durchmesser von etwa einem halben Millimeter und befinden sich in verschiedenen Kompartimenten, die miteinander verbunden sind durch Mikrokanäle zu gewährleisten, eine Konstante Flüssigkeits Austausch zwischen den verschiedenen Gruppen von Zellen.

„Wir sind die ersten, direkt zu kombinieren, Leber und embryonaler Zellen in einem Körper-on-a-chip-Ansatz“, sagt Boos. So wie eine schwangere Frau die Kreislauf-system links die metabolischen Prozesse in Ihrer Leber, die mit denen in Ihr sich entwickelnden embryo, dieses verbundene system garantiert ständige Interaktion zwischen den Leberzellen und embryonale Zellen. „Metaboliten, die von den Leberzellen — einschließlich Metaboliten, die stabil sind nur für ein paar Minuten-kann also direkt auf die embryonalen Zellen“, sagt Boos. Sie erklärt, dass die Kombination der beiden in einem einzigen chip stellt eine Verbesserung im Vergleich zu anderen vorhandenen in-vitro-tests, die Untersuchung der Metabolisierung von Substanzen in der Leber getrennt von den Auswirkungen, die diese Metaboliten haben auf embryonalen Zellen.

Boos beschreibt einen weiteren Vorteil des neuen Tests: „Im Gegensatz zu tests an lebenden schwangeren Mäusen, in unserem test, die Substanzen verstoffwechselt werden, die von der menschlichen Leber Zellen — in anderen Worten, gerade wie Sie in den menschlichen Körper, wenn das Medikament verabreicht wird.“ Sie verweist darauf, dass dies relevant ist, wie Menschen und Mäuse haben unterschiedliche Stoffwechsel.

Die weitere Entwicklung für high-throughput-Tests

Die Forscher demonstrierten die Leistungsfähigkeit des neuen Tests mit Hilfe von Cyclophosphamid. Das chemotherapeutische Medikament hat praktisch keine Wirkung, in seiner Grundform, aber die Leber wandelt Sie in eine Substanz, die giftig auf Zellen. Zwei Prüfungen wurden mit Cyclophosphamid: im Lieferumfang enthalten ist die neu entwickelte Leber/embryoid-Körper-test, und den anderen beteiligten embryoid bodies allein ohne Leber microtissues. Was diese tests ergeben, war, dass eine vierfach geringere Konzentration von Cyclophosphamid war genug, um einen nachteiligen Effekt auf die Entwicklung des embryoid bodies, wenn Lebergewebe war in der gleichen Umgebung.

Nun, die Wissenschaftler benötigen, zu präzisieren und weiter testen, bevor es angewendet werden kann, in der Arzneimittel-Entwicklung. Sie werden ein besonderes Augenmerk auf die Materialien, die verwendet werden, im test zusätzlich, wie gut die Verfahren, die automatisiert werden können. Automatisierung nötig wäre, wenn die Pharma-Industrie oder anderen Forscher waren in der Lage zu implementieren den test im großen Maßstab für high-throughput-screening von Wirkstoffkandidaten. Darüber hinaus haben die Wissenschaftler entwickeln möchten, ein test, der verwendet reprogrammierten menschlichen Stammzellen (bekannt als “ iPS-Zellen) anstelle von Maus-Stammzellen. Sie hätten dann einen in vitro-test ausschließlich auf menschliches Gewebe.