Das Versuchstier des Jahres 2010 :
Das Schwein
 Einleitung
 Zahlen 2008
 Wie Schweine leben
 "Minischweine"
 Tierversuche an Schweinen
 Beispiele für Tierversuche
 Tierversuchsersatzverfahren
 Ersatzmethoden in der Magen-Darm-Forschung
 Argumente gegen Tierversuche
 Das können Sie tun
 Impressum

  
   Hauptseite

  Ersatzmethoden für Tierversuche in der Magen-Darm-Forschung

1. In-vitro-Modelle

a. Colon-Simulationstechnik „Cositec“

Dieses System ist eine Anlage aus mehreren Inkubationsgefäßen, in welche Blinddarminhalt gefüllt und mit bestimmten Substraten sowie einer Pufferlösung versetzt wird. Bei gleichmäßiger Temperatur und regelmäßiger „Fütterung“ werden die Stoffwechselprozesse im Darm über längere Zeiträume nachgeahmt. Der natürliche Darminhalt, mit welchem das System zunächst befüllt wird, stammt hier zwar auch noch von Tieren, so dass diese Methode zwar nicht als „tierfrei“ bezeichnet werden kann, jedoch werden die eigentlichen Versuche nicht mehr an Tieren durchgeführt. Mit der Colon-Simulationstechnik können viele Fragestellungen zu Verdauungsprozessen (Fütterungsversuche) und auch Wirkungen von Substanzen wie z. B. Antibiotika auf die Darmbakterien untersucht werden (1, 2).

b. Dynamic Gastric Model (DGM)

Forscher vom Institute of Food Research in Norwich (UK) haben ein computergestütztes In-vitro-Modell des menschlichen Magens entwickelt, das erstmalig die komplizierten biochemischen und physikalischen Verhältnisse des Magens realistisch nachahmt. Mit diesem Modell lassen sich Vorgänge der menschlichen Verdauung sowie auch das Verhalten verschiedener Medikamentenformulierungen nach deren oraler Verabreichung untersuchen. Dem System kann normale Nahrung in für einen Menschen realistischen Mengen zugeführt werden, und die Verdauung findet in Echtzeit mit allen dazugehörigen Verdauungssäften und Enzymen statt. Alle Daten des Verdauungsprozesses können anschließend abgefragt und ausgewertet werden. Die Vorgänge des Systems werden mit validen Daten aus klinischen Studien gestützt (3, 4, 5, 6).

c. Gastrointestinal Models (TIM)

In ähnlicher Weise wie das DGM arbeitet ein aus verschiedenen Modulen bestehendes dynamisches computergesteuertes in-vitro-Verdauungsmodell (TIM), welches von Forschern der TNO Nutrition and Food Research Institute in den Niederlanden entwickelt wurde. Das Modell TIM-1 simuliert den Magen und den Dünndarm mit dessen 3 Abschnitten (Duodenum, Jejunum, Ileum) und das Modell TIM-2 simuliert den Dickdarm. Auch hier kann unter realistischen Bedingungen die Wirkung von entweder der ganzen Nahrung oder Bestandteilen daraus auf den Magen-Darm-Trakt untersucht werden. Ergebnisse aus TIM-Studien sind mit denen aus Humanstudien vergleichbar. Mit diesem Modell konnte die Verfügbarkeit oder das Verhalten von Nahrungsbestandteilen, toxischen oder auch gesundheitsfördernden Stoffen bzw. Spaltprodukten im Verdauungstrakt ermittelt werden (7, 8, 9, 10, 11).

d. Primäre Darmzellkulturen

Auch Darmschleimhautzellen von Tieren oder Menschen werden in Nährmedien kultiviert und für die Testung von Nahrungsmitteln oder Pharmaka verwendet. (12) Diese Zellkulturen verfügen z. T. über komplexe Funktionsweisen wie Immunreaktionen oder Entzündungsreaktionen und können entsprechend mit Testsubstanzen interagieren. Kultivierte menschliche Darmschleimhautzellen aus zu diagnostischen Zwecken gewonnenen Gewebeproben wurden z. B. für die Untersuchung von Wirkstoffen gegen Darmentzündung verwendet (13).

e. Baukastensystem BioOK – In-vitro-Methode zur Simulation von Verdauung und Resorption im Monogastrier

Forscher der Agrar- und Umweltwissenschaftlichen Fakultät an der Universität Rostock entwickeln derzeit eine In-vitro-Methode zur Simulation von Verdauung und Resorption bei Säugern mit einem Magen. Mit Ende der Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Jahre 2011 soll diese Methode kommerziell erhältlich sein (14,15). Das System besteht aus der Zellkultur von der Innenseite eines Schweinedarms, die in eine Apparatur gespannt ist und von beiden Seiten mit Flüssigkeiten umspült wird. Die eine Seite ist dabei die innere Darmwand und die andere Seite stellt die „Blutseite“ dar. Auf diese Weise kann untersucht werden, welche Stoffe in welcher Form und Konzentration durch die Darmschleimhaut in die Blutbahn transportiert werden und welche nicht. Es sollen mit diesem Modell u. a. die potentiellen Risiken transgener Pflanzen nach oraler Aufnahme ermittelt werden.

2. In-silico-Modelle

a. GastroPlus™

GastroPlus™ ist ein Software Programm, mit welchem die orale Verfügbarkeit, Pharmakokinetik und Pharmakodynamik von Medikamenten in präklinischen und klinischen Studien simuliert werden können. Das Programm simuliert die Ganzkörperphysiologie von Menschen und verschiedenen Tierarten auf Wunsch auch in bestimmten Altersklassen. Die Module erlauben die Testung von verschiedensten Arzneimittelformulierungen wie Tabletten, Kapseln und Lösungen. Auch der „Leber-Darm-Kreislauf“ (enterohepatische Kreislauf) sowie extreme Ernährungszustände oder krankhafte Veränderungen im Verdauungskanal des virtuellen Probanden und vieles mehr können individuell berücksichtigt werden.(16, 17)

Quellen

(1) Breves G: Colonsimulationtechnik als Ersatzmethode zum Studium mikrobieller Stoffwechselprozesse im Gastrointestinaltrakt. Der Tierschutzbeauftragte 1; 30-32 (2001).

(2) BREVES, G., K. FAUL, B. SCHRÖDER, H. HOLST, W. F. CASPARY u. J. STEIN (2000): Application of the colon-simulation technique for studying the effects of Saccharomyces boulardii on basic parameters of porcine cecal microbial metabolism disturbed by clindamycin. Digestion 61, 193-200.

(3) http://news.bbc.co.uk/2/hi/uk_news/england/norfolk/8435062.stm

(4) http://www.ifr.ac.uk/info/science/exploitation/model-gut.htm

(5) http://www.modelgut.com/

(6) http://www.modelgut.com/ModelGUTSmallFlyer.pdf

(7) Krul C, Luiten-Schuite A, Baandagger R, Verhagen H, Mohn G, Feron V, Havenaar R. Application of a dynamic in vitro gastrointestinal tract model to study the availability of food mutagens, using heterocyclic aromatic amines as model compounds. Volume 16 Issue 2, Pages 197 – 205 Food Chem Toxicol. 2000 Sep;38(9):783-92.

(8) Krul C, Luiten-Schuite A, Tenfelde A, van Ommen B, Verhagen H, Havenaar R: Antimutagenic activity of green tea and black tea extracts studied in a dynamic in vitro gastrointestinal model. Mutat Res. 2001 Mar 1; 474(1-2):71-85.

(9) Miriam Verwei, Karin Arkbåge, Robert Havenaar, Henk van den Berg, Cornelia Witthöft and Gertjan Schaafsma: Folic Acid and 5-Methyltetrahydrofolate in Fortified Milk Are Bioaccessible as Determined in a Dynamic In Vitro Gastrointestinal Model. The American Society for Nutritional Sciences J. Nutr. 133:2377-2383, July 2003.

(10) Cyrille A. M. Krul, Marco J. Zeilmaker, Ronald C. Schothorst and Robert Havenaar: Intragastric formation and modulation of N-nitrosodimethylamine in a dynamic in vitro gastrointestinal model under human physiological conditions Food and Chemical Toxicology,Volume 42, Issue 1, January 2004, Pages 51-63.

(11) Susanne Bellmann: Die fettbindenden Eigenschaften von Ballaststoffen in vivo und in vitro (Peer-Review-Beitrag). Einsatz des computergesteuerten In-vitro-Verdauungsmodells TIM. Ernährungs Umschau 08/07 ab Seite 450.

(12) E. Le Ferrec, C. Chesne, P. Artusson, D. Brayden, G.Fabre, P. Gires, F. Guillou, M. Rousset,W. Rubas and M.-L. Scarino: In Vitro Models of the Intestinal Barrier. The Report and Recommendations of ECVAM Workshop 46. ATLA 29, 649 - 668, 2001.

(13) L. Langmead , C. Dawson , C. Hawkins , N. Banna , S. Loo & D. S. Rampton

(14) Antioxidant effects of herbal therapies used by patients with inflammatory bowel disease: an in vitro study. Aliment Pharmacol Ther. 2002 Feb;16(2):197-205.

(15) http://www.auf.uni-rostock.de/NTT/te/forsch_sng.asp?ID=39

(16) http://www.news.de/gesellschaft/780710510/schweinedarm-simuliert-menschliche-verdauung/1/

(17) http://www.simulations-plus.com/Products.aspx?grpID=3&cID=16&pID=11

Arthur Okumu, Marie DiMaso and Raimar Löbenberg: Computer simulations using GastroPlus™ to justify a biowaiver for etoricoxib solid oral drug products. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics;Volume 72, Issue 1, May 2009, Pages 91-98.