Young 3Rs Forscherpreise
Die Young 3Rs Investigator Awards 2024 wurden an Doris Zauchner (ETH Zürich) und Manon Murdeu (EMPA) für ihre herausragende Arbeit bei der Förderung von für den Menschen relevanten Alternativen zu Tierversuchen verliehen. Ihre innovative Forschung im Bereich der Modellierung seltener Krankheiten und der Reproduktionstoxikologie veranschaulicht das 3R-Prinzip, indem sie den Einsatz von Tieren reduziert und gleichzeitig die Qualität und die ethischen Standards der biomedizinischen Wissenschaft verbessert.
Doris Zauchner für ihre Pionierarbeit in der tierversuchsfreien Forschung zur Modellierung seltener Krankheiten ausgezeichnet
Doris Zauchner, Doktorandin am Departement für Gesundheitswissenschaften und Technologie (D-HEST) der ETH Zürich, hat für die Entwicklung eines personalisierten, tierversuchsfreien Modells für Osteogenesis imperfecta (OI), eine seltene genetische Erkrankung, die zu brüchigen Knochen führt, den 3Rs Young Investigator Award erhalten. Ihre Arbeit stellt eine hochmoderne „OI-on-a-Chip”-Plattform vor – ein Organoid-on-Chip-System, das menschliches Knochengewebe nachahmt, indem es aus Patienten gewonnene Zellen verwendet, die in eine synthetische, tierversuchsfreie Hydrogelmatrix eingebettet sind.
Traditionell stützt sich die OI-Forschung auf Tiermodelle wie Mäuse, Zebrafische und Hunde. Trotz mehr als 500 Studien in den letzten zwei Jahrzehnten und Dutzenden von klinischen Studien, die auf Tierversuchen basieren, können diese Modelle oft nicht die Komplexität und Variabilität der menschlichen OI erfassen. Zauchners menschenrelevante Alternative schließt diese Lücke direkt. „Unser In-vitro-Modell der Osteogenesis imperfecta soll eine auf den Menschen bezogene Alternative zu Tiermodellen bieten, um die Krankheit besser zu verstehen und mögliche Behandlungsmethoden zu erforschen“, so Zauchner. „Ich hoffe, dass Instrumente wie das unsere dazu beitragen werden, die Forschung zu seltenen Krankheiten voranzubringen und die Abhängigkeit von Tiermodellen in Zukunft zu verringern.“ Die Plattform ermöglicht es Forschern zu beobachten, wie Zellen von OI-Patienten Kollagen – ein für die Knochenfestigkeit essentielles Protein – produzieren und organisieren und wie sie auf mechanische Belastungen reagieren, wobei sie die Kräfte, denen Knochen im menschlichen Körper ausgesetzt sind, genau nachahmen. Diese Fähigkeit bietet eine genauere, ethischere Alternative zu Tierversuchen und steht im Einklang mit dem Ersatzprinzip der 3Rs.
Das Modell wurde in Zusammenarbeit mit dem Kinderspital Zürich (KISPI) im Rahmen der SNF-NRP79-Initiative «Advancing 3R» entwickelt und könnte personalisierte Behandlungsstrategien unterstützen, präklinische Tests optimieren und unnötige Tierversuche minimieren. Durch die frühzeitige Generierung zuverlässiger, humanspezifischer Daten in der Forschung verbessert Zauchners Innovation auch die Konzeption von Studien in späteren Phasen. Die Gutachter lobten das Projekt als «eine starke und durchdachte Anwendung, die einen wichtigen ungedeckten Bedarf in der Forschung zu seltenen Krankheiten adressiert» und betonten, dass «die Auswirkungen klar sind: Das Modell ersetzt traditionelle präklinische Tierversuche in der Frühphase der Forschung und reduziert unnötige Tierversuche, indem es im Vorfeld zuverlässigere Daten zum Menschen liefert».
Über OI hinaus könnte diese auf Menschen basierende Plattform für andere Erkrankungen des Bewegungsapparats und der Matrix angepasst werden, darunter Osteoporose und Fibrose. Zauchners Arbeit ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer Zukunft, in der personalisierte Organ-on-Chip-Technologien eine vorausschauendere und ethischere biomedizinische Forschung ermöglichen.
Manon Murdeu gewinnt den 3Rs Young Investigator Award für ihren Durchbruch bei Schwangerschaftssicherheitstests
Manon Murdeu, Doktorandin am Labor für Partikel-Biologie-Wechselwirkungen der Empa, hat für die Entwicklung eines bahnbrechenden Plazenta-Embryo-Chips den 3Rs Young Investigator Award erhalten. Dabei handelt es sich um ein innovatives, auf dem Menschen basierendes Instrument zur Bewertung der Auswirkungen von Chemikalien, Medikamenten und Nanopartikeln während der Schwangerschaft ohne den Einsatz von Tieren. Ihre Arbeit schließt eine grosse Lücke in der Gesundheitsforschung: den Mangel an Sicherheitsdaten darüber, wie sich Substanzen auf schwangere Frauen und sich entwickelnde Embryonen auswirken.
Derzeit fehlen für über 90 % der zugelassenen Medikamente und die meisten Umweltchemikalien zuverlässige Daten zu ihrer Sicherheit während der Schwangerschaft. Aufgrund ethischer und rechtlicher Beschränkungen werden schwangere Frauen selten in klinische Studien einbezogen. Infolgedessen basieren fast alle Tests zur Entwicklungstoxizität trotz erheblicher biologischer Unterschiede zwischen den Arten nach wie vor auf Tierversuchen – insbesondere an Nagetieren. Jede Standardstudie kann Hunderte von Tieren umfassen, und weltweit werden jährlich Zehntausende für diesen Zweck verwendet. Murdeus Modell bietet eine überzeugende Alternative. Ihr Chip kultiviert menschliche Plazenta und embryonales Gewebe in einem einfachen, pumpenfreien System, das die Schnittstelle zwischen Mutter und Fötus nachahmt. Damit können Wissenschaftler untersuchen, wie Substanzen durch die Plazenta übertragen werden und die frühe Entwicklung beeinflussen – und so Erkenntnisse gewinnen, die für den Menschen relevant sind und die Tiermodelle oft nicht liefern können. Wichtig ist, dass das benutzerfreundliche Design des Chips ihn auch für Forscher ohne spezielle Ausbildung in Mikrofluidik zugänglich macht. Die Gutachter lobten die wissenschaftliche Stringenz und das weitreichende Potenzial des Projekts: „Die Entwicklung betrifft eine sehr hohe Anzahl von Tieren weltweit.“ „Es ist ermutigend zu sehen, dass das Modell die Aufmerksamkeit internationaler Interessengruppen auf sich zieht und für eine breitere regulatorische Relevanz positioniert wird.“ „Besonders beeindruckt bin ich von den Bemühungen, eine erhebliche Datenlücke bei der Bewertung der Toxikokinetik und Toxikodynamik während der Schwangerschaft zu schließen, einem Bereich, in dem für die überwiegende Mehrheit der zugelassenen Medikamente und Umweltchemikalien keine Daten vorliegen.“ Murdeu erklärt: „Diese Auszeichnung ist sowohl eine Ehre als auch eine Motivation, die Grenzen der Forschung im Bereich der reproduktiven Gesundheit von Frauen zu erweitern, und wird hoffentlich andere junge Wissenschaftler dazu inspirieren, neue, auf dem Menschen basierende Alternativen zu Tiermodellen zu entwickeln und zu verbessern.“ Sie fügt hinzu: „Mit unserem Modell wollen wir frühzeitige präklinische Daten für die Gefahrenbewertung von Arzneimitteln und Nanopartikeln gewinnen und so zum Schutz schwangerer Frauen und sich entwickelnder Föten beitragen und gleichzeitig den Bedarf an umfangreichen Tierversuchen reduzieren.“
Angesichts des wachsenden Interesses seitens der Forschung und der Aufsichtsbehörden könnte Murdeus Plazenta-Embryo-Chip zu einem wichtigen Instrument in internationalen Sicherheitsbewertungsrahmenwerken werden. Ihre Arbeit könnte dazu beitragen, den Einsatz von Tieren in Entwicklungstoxizitätstests erheblich zu reduzieren und gleichzeitig den Schutz der Gesundheit von Müttern und Föten zu verbessern.
