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Berlin-Brandenburger Forschungsplattform BB3R mit integriertem Graduiertenkolleg 'Innovationen in der 3R-Forschung - Gentechnik, Tissue Engineering und Bioinformatik' - Teilprojekt 4: 'Entwicklung einer individualisierten Schmerztherapie bei Mäusestämmen' (Arbeitsprogramm Abt. 9) und 'Entwicklung einer Nanotoxikologie Testplattform zur Testung der inhalationstoxischen Wirkung von Nanopartikeln in vitro' (Arbeitsprogramm Abt. 7) (BB3R)
Projekt
Förderkennzeichen: BfR-TOX-08-1334-216
Laufzeit: 01.04.2014
- 31.03.2018
Forschungszweck: Netzwerken und Forschungskoordination
Durch die Etablierung der Berlin-Brandenburger Forschungsplattform BB3R mit integrierter Graduiertenausbildung sollen die 3R-bezogenen Kompetenzen der Region Berlin-Brandenburg unter der Federführung der FU Berlin und der Universität Potsdam gebündelt, systematische Forschung in diesem Bereich vorangetrieben und exzellente Nachwuchswissenschaftler in Alternativmethoden und tierschonenden Arbeitstechniken auf hohem Niveau qualifiziert werden. Das fachübergreifende Graduiertenkolleg vereint Biologen, Biochemiker, Ärzte, Tierärzte, Ethiker und Juristen. Das BfR ist mit den Abteilungen Abt. 9 "Experimentelle Toxikologie und ZEBET" sowie Abt. 7 "Chemikalien- und Produktsicherheit" beteiligt. Mit der Forschungsplattform BB3R und dem integrierten Graduiertenkolleg werden wesentliche Wissenslücken auf dem Gebiet der alternativen Testverfahren und tierschonenden Testmethoden geschlossen.
Zum Arbeitsprogramm Abt. 9 (Prof. Schönfelder): Im Artikel 4 der Europäischen Richtlinie 2010/63/EU zum Schutz der für wissenschaftliche Zwecke verwendeten Tiere wird gefordert, Methoden bzw. Verfahren der Zucht, Unterbringung und Pflege anzuwenden (bzw. zu verbessern), die Schmerzen, Leiden, Ängste oder dauerhafte Schäden ausschalten bzw. auf ein Minimum beim Tier reduzieren (Refinement). Da die Maus bisher das am meisten verwendete Tier im Versuch ist (70 %), würde eine hohe Prozentzahl an Versuchstieren von einer effektiven Schmerzbehandlung profitieren. Die systemische Analgesie zur post-operativen Versorgung bei Mäusen erfolgt meist durch subkutane Injektion von Opioiden. Aktuelle Empfehlungen zur Dosierung von Opioiden bei Mäusen weisen eine große Spannbreite auf und berücksichtigen keine stammesspezifischen Unterschiede. Untersuchungen zur Wirksamkeit des Opioids Fentanyl bei Mäusen haben aber gezeigt, dass die schmerzlindernde Wirkung von Stamm zu Stamm unterschiedlich sein kann. Grund dafür könnten Unterschiede in der Verstoffwechslung von Opioiden sein. Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der Wirksamkeit von Buprenorphin bei drei häufig verwendeten Maus-Inzuchtstämmen (C57BL/6J, Balb/cJ und 129S1/SvImJ). Darüber hinaus soll festgestellt werden, ob Unterschiede in der Wirksamkeit von Buprenorphin auf stammesspezifische Unterschiede im Stoffwechsel der Tiere zurückzuführen sind. Hierzu werden in vivo, in vitro und in silico Verfahren angewandt. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse sollen zukünftig verbesserte Empfehlungen zur Dosierung von Buprenorphin für verschiedene Mausstämme gegeben werden können, um Schmerzen während des Versuches auf das unerlässliche Maß zu reduzieren (Refinement).
Zum Arbeitsprogramm Abt. 9 (Prof. Schönfelder): Die verwendeten Mausstämme unterschieden sich deutlich in ihrer basalen Schmerzempfindlichkeit, wobei Balb/cJ Mäuse am sensitivsten und 129S1/SvImJ Mäuse am wenigsten sensitiv waren. Die Applikation von Buprenorphin führte zu einem dosis- und stammesabhängigen analgetischen Effekt. Die Dosiserhöhung von Buprenorphin steigerte die Antinozizeption beim C57BL/6J und Balb/cJ Stamm, wohingegen der analgetische Effekt beim 129S1/SvImJ Stamm stagnierte. Serum- und Gehirnkonzentrationen von Buprenorphin und seiner Metaboliten waren dosisabhängig und unterschieden sich bei einer Dosis von 4,0 mg/kg Buprenorphin zwischen den Stämmen. Das Verhältnis von Buprenorphin und seinen Metaboliten im Blut sowie die Verteilung zwischen Gehirn und Blut zeigten keine Dosis- und nur geringe Stammesunterschiede, die aber nicht mit der analgetischen Wirkung korrelierten. Darüber hinaus wurden keine Stammesunterschiede in der Aktivität und im Proteingehalt der CYP3A Isozyme detektiert. Auf mRNA Ebene wurden Stammesunterschiede bei einigen CYP3A Isozymen detektiert. Jedoch konnte kein Zusammenhang zwischen mRNA und Aktivitätsdaten nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die Applikation von Buprenorphin mausstammspezifisch gestaltet werden sollte. Nur so kann Schmerzen optimal vorgebeugt und unerwünschte Nebenwirkungen vermieden werden. Die beobachteten Unterschiede auf pharmakokinetischer Ebene können den unterschiedlichen analgetischen Effekt von Buprenorphin in den drei Mausstämmen nicht ausreichend erklären. Möglicherweise spielen pharmakodynamische Mechanismen eine übergeordnete Rolle, welche in weiterführenden Studien untersucht werden sollen. Die Ergebnisse sollen die wissenschaftliche Gemeinschaft für die Verwendung einer optimierten Analgesie sensibilisieren und somit aktiv zum Tierschutz in der Versuchstierkunde beitragen. Publikation: J. Rudeck, B. Bert, P. Marx-Stoelting, G. Schönfelder, S. Vogl. Liver lobe and strain differences in the activity of murine cytochrome P450 enzymes. Toxicology, (2018). Jul 1; 404-405:76-85. doi: 10.1016/j.tox.2018.06.001.
Zum Arbeitsprogramm Abt. 7 (Prof. Luch): Aufgrund der steigenden Anwendung von Nanopartikeln (NP) in Verbraucherprodukten ist die Bestimmung einer möglichen Toxizität dieser NP für die Risikobewertung dieser Materialien eine wichtige Aufgabe. Aktuell wird die Toxizität von Nanopartikeln und inhalierbaren Chemikalien immer noch im Tierversuch getestet. Um diese Versuche auf ein Minimum zu reduzieren ist die Entwicklung von Alternativmethoden zur Bestimmung der Kurzzeittoxizität von NP von entscheidender Bedeutung. Ziel der Untersuchung ist es, ein Zellmodell zu entwickeln, dass die in vivo Situation bestmöglich repräsentiert, um die Toxizität NP bestmöglich bestimmen zu können. Hierzu werden verschiedene Lungenzelllinien auf die Ausbildung einer intakten Zell-Zell-Barrierefunktion hin untersucht, um die Translokation von NP nach Inhalation, einen entscheidenden Beitrag zur Toxizität der NP darstellt, bestimmen zu können. Die erhaltenen Daten wurden mit einem etablierten alveolaren Zellmodell verglichen, das häufig zur Bewertung der Toxizität von NP verwendet wird, jedoch aufgrund der Abwesenheit einer intakten Barrierefunktion nur ein unzureichendes Modell darstellt. Anhand der gewonnen Erkenntnisse, soll zukünftig die Translokation von NP sowie die verbesserten in vitro Modelle dazu beitragen, die Toxizität von NP vorherzusagen und somit Tierversuche auf das unerlässliche Maß zu reduzieren (Refinement).
Zum Arbeitsprogramm Abt. 7 (Prof. Luch): Es wurden immunhistochemische Experimente sowie die Bestimmung des transepithelialen Widerstands (TEER) durchgeführt. Weiterführend wurde die Toxizität von CeO2-NP (NM-212) und ZnO-NP bestimmt. Zusätzlich wurde die intrazelluläre Aufnahme von NM-212 genauer charakterisiert. Es zeigte sich, dass beide neuen Zellmodelle eine Barrierefunktion ausbildeten, die der von Primärzellen entsprach. NM-212 zeigte in keinem der Modelle eine Beeinträchtigung der Zellviabilität und keine Zytotoxizität. ZnO-NP hingegen zeigte in allen verwendeten Modellen eine signifikante Zytotoxizität sowie eine Verringerung der Viabilität. Es konnte zudem gezeigt werden, dass alle Zelllinien in der Lage waren NP aufzunehmen, jedoch in unterschiedlichem Maße. Eine Translokation der NP durch das Epithel konnte für keines der Modelle detektiert werden. Abschließend kann festgehalten werden, dass die neuen Zelllinien durch die Ausbildung einer intakten Barrierefunktion einen deutlichen Vorteil bei der Toxizitätstestung von NP besitzen und daher in Zukunft Anwendung finden sollten.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Toxikologie
Rahmenprogramm
Förderprogramm
Ausführende Einrichtung
BfR - Abteilung 9: Experimentelle Toxikologie und ZEBET (BfR - TOX)
