Tiermodelle und Alternativen in der vaskulären Forschung

Tiermodelle und Alternativen
in der vaskulären Forschung
Universität Heidelberg
Institut für Physiologie
und Pathophysiologie
Thomas Korff
Warum wir forschen…
GI-Trakt
5,2%
Andere
17,6%
Lunge/
Bronchien
7,3%
Herz-Kreislaufsystem
42,7% (352,689)
Tumorerkrankungen
27,2%
Etwa 43% aller krankheitsbedingten Todesfälle in Deutschland sind auf Erkrankungen
des Herz-Kreislaufsystems zurückzuführen
(Statistisches Bundesamt 2010)
Was wir forschen…
Arteriosklerose
Bluthochdruck
Arteriogenese
Varikosis
Volume –induced
distension
Gefäßwandumbau durch erhöhte Wandspannung
Wie wir forschen…
In vitro
In vivo
Schubspannung
Serum,
Medium
EC
Zellkulturen
EC
Matrix
SMC
Zytokine
Dehnung
„echte“ Gefäße
Auswirkungen des Forschungsszenarios
auf die Versuchstierzahlentwicklung in Deutschland
mio/a
3,5
Alle Versuchstiere
(z.B. auch für Blutabnahmen,
zur Herstellung von Zellkulturen)
3
2,5
2
Versuchstiere in TV
1,5
1
Tiere in TV o. Mäuse
0,5
0
2000 2002
2004
2006
2008
2010 2012
Britische Langzeitstatistik über Versuchstiere seit 1910
6
Erste „genetische“
Tiermodelle
5
UK
4
3
2
D
1
0
1910
1930
1950
1970
1990
2010
Die “3R” in der Forschung
Replacement = Ersatz von Tierversuchen
Reduction
= Verminderung der Tieranzahl
Refinement
= Verminderung der Tierbelastung
Dreidimensionale Zellkulturtechniken
Möglichkeit 1: Replacement
für die vaskuläre Forschung
3D Sphäroid Zellkultur
2D Monolayer Zellkultur
0h
1h
2h
3h
4h
5h
6h
8h
18h
Aus: J Cell Biol. 1998 Nov 30;143(5):1341-52.
Sphäroid-basierte Methoden
Angiogenese
…zur Analyse pro- und anti-angiogener Substanzen
addition of
test substances
Definierte Analyse von
10 Sphäroiden pro Gel
polymerization
(30min)
assay time:
24-48h
Mehr Informationen unter:
www.spherogenex.de
Sphäroid-basierte Methoden
Angiogenese
Miniatur-Gefäßwände
Aus: FASEB J. 2001 Feb;15(2):447-57.
Sphäroide als „kugelige Gefäßwände“
CD31-whole mount-Färbung
…zum Studium der Wirkung von UV-Licht
auf die Stabilität von Hautkapillaren
80SSR
Ang-1
80
HDMEC-free surface [%]
control
*
*
60
40
20
0
control Ang-1
80 SSR
80 SSR
+ Ang-1
Aus: Exp Dermatol. 2012 Feb;21(2):147-53.
80SSR+Ang-1
Möglichkeit 2: Reduction
Beispiel: „Morphometrische Untersuchung der Vergrößerung
arteriosklerotischer Plaques in Mäusen“
4 Wochen
Anzahl ben. Versuchstiere
(Versuchs/Kontrollgruppe)
5+5
5+5
5+5
5+5
40
Möglichkeit 2: Reduction
Nicht- invasive bildgebende Verfahren vermindern die Versuchstierzahl
4 Wochen
Anzahl ben. Versuchstiere
(Versuchs/Kontrollgruppe)
0
0
0
(0/5+5)
0/10
Verbesserung der Zugänglichkeit eines Tiermodells
für morphometrische Analysen
A V
Studium vaskulärer Remodellierung
an der Mausohrmuschel
Einfaches digitales Imaging mit nachfolgender Morphometrie
Lokale Erhöhung des Venendrucks
führt zum Umbau der Venenwand
Start
4 Tage
Aus: FASEB J. 2011 Oct;25(10):3613-21
Zugänglichkeit für erweiterte
nicht-invasive Analytik
Zugänglichkeit erhöht effektivere Adressierung
wissenschaftlicher Fragestellungen
4d
Behandlung
Kontrolle
0d
Aus: Phlebologie 2012; 41
Studium Tumor-bedingter vaskulärer Remodellierung
mit Hilfe der Mausohrmuschel
a)
Tag 1
Tag 10
Tag 1
Tag 28
b)
Möglichkeit 3: Refinement
Beispiel: „Untersuchung medikamentöser Therapieoptionen
am Beispiel von Bortezomib“
Therapiezeit
i.d.R. SYTEMISCHE Applikation
(i.p., oral, Minipumpe etc.)
ERHÖHTE BELASTUNG DER VERSUCHSTIERE
Refinement des Tierversuchs:
1. Vorbereitende Dosisfindung für gewünschte Effekte mit Hilfe von
(3D) Zellkulturmethoden
2. Inhibition vaskulärer Remodellierung ohne belastende Nebenwirkungen
durch lokale transdermale Applikation des Medikaments (Mausohrmuschel)
Therapiezeit
Lokale transdermale Applikation per Creme:
0,02 mg/kg Keine Nebenwirklungen
Die Umsetzung des “3R-Konzepts” ist Ausdruck
von Respekt vor dem Versuchstier
Vaskuläre Forschung
Replacement
Reduction
Refinement
Danksagungen
Hellmut Augustin
DKFZ/Universität Heidelberg
Universät Heidelberg
Institut für Physiologie
und Pathophysiologie
Markus Hecker
Hannes Schröder
Anja Feldner
Gudrun Scheib
Abteilung Vaskuläre Onkologie
und Metastasierung