Die Covid-19-Krise hat bestimmte wirtschaftliche und artschutzbezogene Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von Tieren für Forschungszwecke deutlich gemacht. Pandemiebedingte Schließungen bedeuteten, dass viele Labore Experimente einstellen und Tiere einschläfern mussten. Dann war der Wettlauf um die Entwicklung von Impfstoffen und Behandlungen für Covid-19 gemeint Affen waren Mangelware aufgrund der großen Nachfrage.
Alternative Methoden sind zwar vielversprechend, aber relativ neu. Die Methoden zur Entwicklung von Organchips, Organoiden und Computermodellen variieren ebenfalls von Labor zu Labor, was es schwierig macht, allgemeine Schlussfolgerungen über ihre Genauigkeit zu ziehen.
Das von Ingber mitbegründete Bostoner Biotech-Unternehmen Chip Emulate testet, wie gut sein Leber-auf-einem-Chip-Gerät das Vorhandensein gefährlicher Chemikalien anzeigt. Laut Lorna Ewart, Chief Scientific Officer des Unternehmens, ist die Lebertoxizität einer der Hauptgründe, warum klinische Arzneimittelstudien abgebrochen oder Produkte nach der Zulassung vom Markt genommen werden. Tiermodelle, sagt sie, sind möglicherweise keine genauen Vorhersagen für Lebertoxizitäten für Menschen, da Tiere Medikamente anders verstoffwechseln als Menschen.
Emulate-Wissenschaftler führten kürzlich einen Blindtest mit 27 Medikamenten auf dem Leber-Chip des Unternehmens durch, von denen einige bekanntermaßen toxisch für die Leber und andere sicher sind. Sie fanden heraus, dass der Chip 87 Prozent der Medikamente, die bei Patienten Leberschäden verursachen, korrekt identifizierte und keine Medikamente fälschlicherweise als toxisch identifizierte. Ewart sagt, dass frühere Tierversuche, die als Vergleich herangezogen wurden, Sicherheitsprobleme nicht immer vorhersagten. „In einigen Fällen informierten die Tiermodelle den Ermittler nicht vollständig über das wahre Ergebnis“, sagt sie. Das Studium war in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation Im Dezember.
Aber Organe auf Chips haben ihre Grenzen. Zum einen sind sie nicht ideal zum Testen einiger Arten von Medikamenten und Verbindungen, insbesondere solcher mit niedrigem Molekulargewicht, die dazu neigen, in die Gummipolymerkanäle des Chips absorbiert zu werden. Ewart sagt, das sei ein Problem, denn wenn das Medikament im Plastik eingefangen und nicht tatsächlich den Zellen darin ausgesetzt wird, verfälscht es die Testergebnisse. Und Organe auf Chips erfordern oft spezielle Instrumente, um Tests durchzuführen und Daten auszulesen.
„Ich glaube nicht, dass das Organ-on-Chip alles leisten wird. Ich denke, wir werden eine Reihe verschiedener, sich ergänzender Tests brauchen“, sagt Jeffrey Morgan, Professor für Ingenieurwissenschaften und Direktor des Center for Alternatives to Animals in Testing an der Brown University. Er sagt, dass Organchips für kürzere Tests, über ein oder zwei Wochen, tendenziell besser sind, aber längerfristige Tests ein ungedeckter Bedarf sind. Beispielsweise zeigt sich in einigen Fällen die chronische Toxizität eines Arzneimittels oder einer Chemikalie erst nach längerer Exposition, manchmal bei niedrigen Dosen. Gute alternative Testmethoden, die diese Art von Szenario replizieren, gibt es nicht, sagt er.
Und obwohl die Techniken zur Entwicklung von Organoiden in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht haben, sind die Strukturen immer noch relativ einfach. Sie haben nicht alle Zelltypen oder Merkmale echter menschlicher Organe, was ihre Zuverlässigkeit einschränken kann. Auch Organoide brauchen Monate, um im Labor zu wachsen.
Die FDA ihrerseits muss alle neuen Methoden, die anstelle von Tieren verwendet werden, gründlich prüfen. In einer per E-Mail gesendeten Erklärung schrieb ein Sprecher der Behörde, dass das neue Gesetz den Zulassungsprozess für Arzneimittel nicht ändert: „Die FDA wird weiterhin sicherstellen, dass klinische Untersuchungen von Arzneimitteln für die Erstanwendung am Menschen einigermaßen sicher sind.“ Ein Ende 2022 verabschiedetes Ausgabengesetz beinhaltet auch 5 Millionen Dollar für ein Agenturprogramm mit dem Ziel, alternative Methoden zu evaluieren.
Und es kann sein, dass verschiedene Methoden nützlich sind, um verschiedene Medikamente zu testen oder auf bestimmte Nebenwirkungen zu achten. „Sie müssen sich als relevant und zuverlässig erweisen und die von ihnen bewerteten Endpunkte tatsächlich vorhersagen“, sagt Locke. „Das wird eine wissenschaftliche Herausforderung, und das wird eine Weile dauern.“