Csere az állatkísérletek helyett – most már állati szenvedés nélkül

Tudósok a bioprinteren

Egy egér nem ember. Ez a tény megnehezíti a biomedicinális kutatás számára, hogy az állatkísérletekből nyert eredményeket ránk alkalmazza. A tudósok ezért pótló módszereken dolgoznak az állatkísérletek helyett, amelyek ideális esetben teljesen állati eredetű anyagok nélkül működnek. Ez örömet szerez az egérnek is.

Biodruk 3D szövetmodelleken

Berlin Műszaki Egyetem kutatói 3D-bioprinting segítségével elsőként készítettek emberi sejtekből származó májmodellt, anélkül, hogy állati eredetű anyagokat kellene felhasználniuk. Ez a siker fontos lépés a biomedicinális kutatás és oktatás felé, amely teljes mértékben állati szenvedés nélkül alkalmaz módszereket. Eddig ugyanis az alternatív módszerekhez, például táptalajokhoz, amelyek borjakból származó magzatvízből készültek, szükség volt. Ráadásul a szerkezetalkotó anyagokat, például tumorokból származó anyagokat használtak, amelyeket egereken növesztettek. Ezek az etikai szempontok mellett a biomedicinális kutatás eredményességét is javítják, mivel a teljesen állatmentes módszerek jobban alkalmazhatók az emberi szervezetre, így gyorsabb gyógyszerfejlesztést tesznek lehetővé.

„Németországban tulajdonképpen tilos megöletni vemhes teheneket” – magyarázza Prof. Dr. Jens Kurreck, az alkalmazott biokémia tanszék vezetője a TU Berlin-en. Ha a vemhességet nem észlelik az ölés előtt, általános gyakorlat, hogy a magzatból vért vesznek. Ez sok olyan anyagot tartalmaz, amelyek serkentik a növekedést, így ideálisak a sejtek szaporodásának vizsgálatához a biomedicinában. A vérből nyert „magzati borjúszérum” minden sejtkultúra laboratóriumában standard termék.

Valószínűleg több mint kétmillió borjúfiók évente

„A szükséges borjúfiók számáról csak durva becslések léteznek. 2021-es publikáció szerint világszerte kétmillió, és azóta a magzati borjúszérum fogyasztása inkább növekedett” – mondja Kurreck. Ennek nagy része nem EU-n kívüli vágóhidakról származik, így nehezen ellenőrizhetőek a német vagy európai intézmények által. „Mivel a borjúszérum kiválóan alkalmas sejtkultúrák tenyésztésére, természetesen kutatók is használják, akik a sejtkultúrákkal próbálják helyettesíteni az állatkísérleteket. Szó szerint, egészen a közelmúltig, mi is.”

Egerek tumorokkal, a testtömeg egyötödével

Jens Kurreck csoportja a szerveket helyettesítő, állatkísérleteket kiváltó 3D-bioprinting módszerek közül a legígéretesebbeket alkalmazza, így eddig egy másik állati termékhez, különösen a tenyésztett állatokból nyert anyaghoz kellett nyúlniuk. „A 3D-nyomtatással emberi sejtekből kis, háromdimenziós szervezetmodelleket tudunk készíteni, amelyek akár mesterséges vérereket is tartalmazhatnak. Ehhez azonban olyan anyagokra van szükség, mint a laminin és kollagén, amelyek ezeket a képződményeket a szokásos sejtkultúráknál szilárdabb szerkezetté teszik” – magyarázza a kutató. Ezek magas koncentrációban megtalálhatók egy speciális, ún. extracelluláris mátrixban, amely az emberi és állati szervezetben hálózatszerűen veszi körül a sejteket, és közvetíti a kapcsolatukat.

Ezt az anyagot, a BME (Basement Membrane Extract) rövidítéssel jelölt tumorsejtekből nyerik, amelyeket egereken növesztenek. „Egy ilyen tumor végül körülbelül négy gramm, miközben az egér testtömege talán húsz gramm. Már ez az arány is mutatja, hogy ez a módszer jelentős megterhelést jelent az állat számára” – mondja Kurreck. Mivel a BME struktúrát támogató anyagokat más sejtkultúrákban is rutinszerűen használják, a felhasznált állatok száma biztosan ezrekben mérhető, teszi hozzá.

Állati összetevők csökkentik a kutatás megbízhatóságát

Az emberi sejtek, amelyek borjúvérszérummal táplálva és szaporítva növekedésre ösztönözve, majd a szervezetben található, tumorokból származó anyagok segítségével nyomtatott emberi szerveket tartalmazó modellek: „Ha ezeket a gyártási lépéseket szemléljük, már akkor is látható, hogy hibalehetőség van, ha ezekből a szervek modelljeiből próbálunk következtetéseket levonni az emberi szervezetben zajló folyamatokra” – mondja Kurreck. És bár ezek az emberi sejtekből készült szervek modellek alapvetően sokkal jobban előrejelzik a valódi folyamatokat, mint az állatkísérletek, például emberi tumorsejteket is beültetnek állatokba. Ezek a sejtek azonban még mindig állati szövetek között helyezkednek el, és kommunikálnak az állati sejtekhez, így az eredmények átültethetősége az emberre korlátozott.

Emellett Kurreck szerint az állati termékek, például a magzati borjúszérum pontos összetétele folyamatosan változik. Nem lehet biztosra venni, hogy az egyik adag ugyanúgy serkenti a sejtnövekedést, mint a másik. „A laboratóriumi és állatkísérletes gyógyszerjelöltek 90 százaléka végül nem kerül emberi tesztelésre, sőt, a rákgyógyszerek esetében ez az arány akár 97 százalék is lehet. Ha fejlődni akarunk, akkor az a cél, hogy idővel teljesen megszüntessük az állatkísérleteket és az állati eredetű kiegészítő anyagokat is.”

Kémiailag pontosan meghatározott tápanyagok és szerkezetépítő anyagok emberi forrásból

A máj első, teljesen állatmentes szövetmodelljével Ahmed Ali doktorandusz és Jens Kurreck munkacsoportja nagy lépést tett ebbe az irányba. A magzati borjúszérumot egy kémiailag pontosan meghatározott tápanyag-közegre, növekedési faktorokra, inzulinra, szelénre, cukrokra és sókra cserélték. „Nemcsak az adott emberi májsejt típusához kellett igazítanunk ezt a tápanyagot, hanem a sejteknek lassú alkalmazkodási folyamaton kellett keresztülmenniük az új környezethez” – meséli Kurreck. Az eredeti sejtek, amelyekkel a kísérletet indították, természetesen egy olyan cégtől származtak, amely a borjúszérumot a szaporodásukhoz használta.

Az állati eredetű szerkezetalkotó anyag, a BME helyettesítésére humán kollagént használtak, amelyet plazmából nyertek, amit bécsi kórházak szülés után általában hulladékként kezelnek. „Ez elsőre egyszerűnek tűnik, de a gyakorlatban egy összetett alkalmazkodási folyamat volt, sok próbálkozást és alapos irodalomkutatást igényelt” – mondja Kurreck. Például a sejtkultúrákban használt műanyag edényeket külön kellett humán kollagénnel bevonni a jobb tapadás érdekében, mint a hagyományos módszernél.

A teszteredmények megerősítik a módszer egyenértékűségét az állati szenvedés nélküli módszerrel

A kutatók az új, állatmentes májmodell tesztelésére azzal kísérleteztek, hogy a mérgező anyag, az okadasav, amely algák által termelődik, felhalmozódik kagylókban, és súlyos halászfogásokat okozhat, kapcsolatba hozták. Megállapították, hogy a sejtek két dimenziós nyomtatott szerkezetének érzékenysége ugyanolyan volt a mérgező anyagra, függetlenül attól, hogy a régi vagy az új, állatmentes anyagból készült sejtekből nyomtatták. Egy háromdimenziós máj szövetmodellje szintén ugyanolyan érzékenységet mutatott, mint amit a kutatók vártak.

Áttérés a gyakorlatba interdiszciplináris megközelítéssel

A kutatók optimisták abban, hogy az általuk kifejlesztett, állatmentes módszer nemcsak gyorsan alkalmazható lesz a gyakorlatban, hanem széles körben elterjed. Mivel Albert Braeuning, a Szövetségi Élelmiszerbiztonsági Intézet (BfR) képviselője, aki a nemzeti élelmiszerbiztonsági hatóság, közvetlenül részt vett a kutatásban, és a TU Berlin élelmiszerbiotechnológiai és -feldolgozási tanszékének professzora, Dr. Cornelia Rauh is hozzájárult a mechanikai paraméterek mérésével a tanulmányhoz. A kutatók közösen dolgoznak a Jens Kurreck csoportjával az emberi táplálkozás számára kultivált hús fejlesztésén, amelyhez szintén szükség van a magzati borjúszérum nélküli tenyésztési módszerekre. A jövőben a kutatások célja a módszer további fejlesztése, például az emberi kollagén nagyobb mennyiségben történő előállítása élesztősejtek segítségével, vagy akár közvetlenül emberi sejtkultúrákból.