Alternativen zu Tierversuchen: Lebensmittelanalysen mit Biotech-Chips



© Dynamic42 GmbH

Vor der Markteinführung durchläuft jedes Lebensmittelprodukt einen strengen Zulassungsprozess. Der Hersteller legt dabei den Nachweis vor, dass die im Produkt enthaltenen Stoffe gesundheitlich unbedenklich sind. Trotz vorhandener Alternativen werden diese Auswirkungen zumeist mithilfe von Tierversuchen getestet, z. B. durch die Verfütterung von Zusatzstoffen oder genetisch veränderten Lebensmitteln. Entgegen dieser ethisch fragwürdigen Fütterungsversuche zeigt das Biotech-Unternehmen Dynamic42 GmbH aus Jena, dass es mit dem sogenannten „Organ-on-Chip“-Verfahren auch anders geht.

Lebensmittelhersteller sind verpflichtet, ihre Produkte auf Unbedenklichkeit für den menschlichen Verzehr zu prüfen. Die damit verbundenen Analysen werden in der Regel noch immer an Tieren vorgenommen. Dabei handelt es sich meistens um Kleinnager, wie Ratten und Mäuse, die für diesen Zweck in hoher Anzahl gezüchtet werden. Die Fütterungsversuche dauern in der Regel bis zu 90 Tage an (Quelle: Deutscher Tierschutzbund e.V.). In dieser Zeit nehmen die Nager die zu untersuchenden Stoffe über ihr Futter oder Wasser auf. Teilweise werden die Stoffe auch direkt in den Magen gepumpt – Schmerzen sind dabei nicht auszuschließen.

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Eine Alternative zu Tierversuchen: Organ-on-Chip

Die Organ-on-Chip-Technologie bietet mit Biotech-Chips und humanen Organmodellen eine moderne, präzise und effiziente Methode, um die Giftigkeit und schädlichen Auswirkungen von Lebensmitteln zu untersuchen. Hierbei wird Gewebe von menschlichen Organen nachgebildet und in mikrofluidisch unterstützten Chip-Systemen kultiviert. Diese „Mini-Organe“ werden den Inhaltsstoffen einzelner Lebensmittel ausgesetzt und anschließend deren Verträglichkeit geprüft.

Das Gebiet der Organ-on-a-Chip-Technologie wächst aufgrund seiner vielversprechenden und vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten in der Evaluation von Therapeutika und Zusatzstoffen rasant. Die Biotech-Chips überzeugen im Vergleich zu Tierversuchen mit einer weitaus effizienteren und genaueren Datenanalyse. Tiere bilden die menschliche Physiologie nicht in vollem Umfang ab, weshalb eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen in den meisten Fällen nur eingeschränkt möglich ist. Die nachgebildeten Zell- und Organstrukturen in den Biotech-Chips dagegen weisen humane Eigenschaften auf und gewähren eine verlässlichere Datenlage.

Organ-on-Chip-Tests und Tierversuche unterscheiden sich zudem hinsichtlich des Untersuchungsverfahrens. Bei Tierversuchen werden in der Beobachtungsphase äußerliche Symptome und Veränderungen dokumentiert. Treten in der Testzeit keine sichtbaren Auffälligkeiten auf, werden die Tiere zur weiteren Untersuchung getötet, um Veränderungen an den Organen festzustellen. Beim Organ-on-Chip-Verfahren werden Zellveränderungen bereits innerhalb weniger Tage mikroskopisch sichtbar. Zudem können weitere Daten täglich aus den Zellkulturmedien erhoben werden, ähnlich wie bei einer Blutuntersuchung. Durch den täglichen Abgleich der Mikroskopiebilder und der zusätzlichen Analysedaten können die Labore akribisch dokumentieren, bei welcher Dosiermenge  Nebenwirkungen auftreten.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil gegenüber Tierversuchen liegt in der hohen Standardisierbarkeit der Biotech-Chips: Während Organmodelle im Zellkulturlabor unter einheitlichen Konditionen erstellt und untersucht werden, reagieren Tiere individuell auf Umwelteinflüsse. Demnach bietet die Organ-on-Chip-Technologie bei einem mehrmaligen Testverfahren gleichbleibende Voraussetzungen und liefert gegenüber dem Tiermodell zuverlässigere Ergebnisse. Bei Tieren werden Testverfahren abgebrochen, wenn unvorhersehbare Reaktionen auftreten und die Tiere werden dann einfach „entsorgt“.

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In der Praxis

Für den Test von Lebensmittelzusätzen züchtet Dynamic42 menschliche Darmzellen im Zentrum eines Biotech-Chips auf einer Membran. Durch einen künstlichen Blutfluss werden die Darmzellen mit Nährstoffen versorgt und bilden zottenartige Strukturen und Funktionen wie im echten menschlichen Darm aus. Optional können auch Bakterien der menschlichen Darmflora (das sog. Mikrobiom) eingebracht werden.

Je nach Untersuchungsgegenstand werden dem Darm-Chip Testsubstanzen, wie Lebensmittelzusätze oder Umweltgifte, hinzugefügt. Die Reaktionen der Zellen auf diese Testsubstanzen lassen sich anschließend unter anderem unter dem Mikroskop auswerten. So kann beispielsweise geprüft werden, inwiefern die Darmzellen die zuvor beigefügten Zusatzstoffe aufnehmen und weiterleiten und wie die Darmzellen als auch das Darm-Mikrobiom auf diese Zusatzstoffe reagieren. Ist der Zusatzstoff schädlich, kann der Lebensmittelhersteller das weitere Testverfahren abbrechen, um Zeit und Kosten zu sparen.

Anwendung findet das Organ-on-Chip-Verfahren beispielsweise beim Testen von Bakterienkulturen aus Joghurts. Hier wird untersucht, ob die Kulturen die Funktion der Darmzellen verbessern, verschlechtern oder keinen Einfluss haben.

Für weitere Details zum Testverfahren von Dynamic42 besuchen Sie die Website unter www.dynamic42.com.

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