Animal Phenotyping

Trotz zahlreicher Fortschritte in den Forschungstechniken, wie z.B. in vitro-Methoden und die fortgeschrittene Computermodellierung, die den Einsatz von Tieren vermeiden, besteht in der präklinischen Forschung immer noch Bedarf daran, die morphologischen, physiologischen, metabolischen oder Verhaltensmerkmale - also den Phänotyp - von Tieren zu untersuchen. Eine solche ganzheitliche Herangehensweise an Gesundheit und Krankheit liefert Daten, die sonst nicht zur Verfügung stünden. Insbesondere ermöglicht die Phänotypisierung von Tieren den Forschern ein besseres Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen dem Herz-Kreislauf-, dem Atmungs- und dem Zentralnervensystem zu entwickeln. Dies ist für die Entwicklung vieler Humanarzneimittel und Therapien von entscheidender Bedeutung.

Nichtinvasive Untersuchung von Modelltieren 

Eine umfassende Techniken zur physiologischen und morphologischen Untersuchung

Die Animal Phenotyping Platform des Max-Delbrück-Centers verfügt über eine umfassende Auswahl an Methoden zur physiologischen und morphologischen Untersuchung von Mäusen und Ratten. Wir konzentrieren uns dabei auf Techniken, die den Einsatz von Versuchstieren minimieren und es Forschern ermöglichen, vergleichbare Informationen von weniger Tieren oder mehr Informationen von der gleichen Anzahl von Tieren zu erhalten.

Der Einsatz einer Vielzahl von präklinischen Bildgebungstechniken - wie z.B. Hochfrequenz-Ultraschall, Photoakustik, Mikro-Computertomographie, Magnetresonanztomographie oder die intravitale Mikroskopie - ermöglicht es den Forschern, den Krankheitsverlauf zu charakterisieren und therapeutische Effekte über den gesamten Versuchszeitraum zu ermitteln.

Zusätzlich setzen wir verschiedene nichtinvasive in vivo-Untersuchungen ein, mit denen physiologische, metabolische und bioelektrische Variablen bei Tieren überwacht werden können (z.B. Blutdruckmessungen, Elektrokardiographie und Lungenfunktionsanalyse). Wir bieten den Wissenschaftlern modernste, innovative Techniken und Beratung zu pathophysiologischen Fragen.

Ein ganzheitlicher Ansatz für die funktionelle Genomik

Seit 2020 ermöglicht das Preclinical Research Center (PRC) die zentrale Durchführung von Tierversuchen am MDC. Dieses neue Gebäude umfasst Haltungsräume für Mäuse, Ratten und Nacktmulle in unmittelbarer Nähe der Labore. Wir geben den Forschern die Möglichkeit, Entwicklungs-, Verhaltens-, Herz-Kreislauf- und Stoffwechselmerkmale in Nagetiermodellen über lange Zeiträume hinweg genau zu charakterisieren und so sensitiv auf phänotypische Veränderungen zu erfassen. Diese neue Struktur erspart den Tieren lange Transportwege und reduziert damit die Belastung erheblich.

Unsere Methoden

• Hochfrequenz-Ultraschall (US)
• Photoakustische Bildgebung (PAI)
• Mikro-Computertomographie (µCT)
• Magnetresonanztomographie (MRT)
• Multiphoton intravitale Mikroskopie
• Metabolische Phänotypisierung
• Multiplex Immunoassays
• Klinische Chemie
• Klinische Hämatologie
• Funktionelle Hämodynamik
• Analyse der Körperzusammensetzung
• Verhaltenstests
• Elektrokardiographie (EKG)
• Blutdruckmessungen
• Analyse der Atmung
• Unterstützung bei der Erstellung von Tierversuchsanträgen

Eine Übersicht unserer angebotenen Technologien und Services:

Tierversuche an Wirbeltieren und Kopffüßern müssen von den Behörden genehmigt werden. Deshalb ist die Berücksichtigung des Tierschutzes und des 3R-Prinzips (Replacement, Reduction, Refinement) ein wichtiger Punkt in unserer Arbeit.

Wir bieten Ihnen an, Sie dabei zu unterstützen:

• Schreiben von Lizenzanträgen für Tierversuche gemäß den gesetzlichen Anforderungen
• Verfassen von Anträgen in Deutsch (wichtig für englischsprachige Gruppen)
• Entwicklung von Projektplänen
• Festlegen von Randomisierungsverfahren
• Biometrische Planung der Experimente

Das Schreiben eines Antrags für Tierversuche ist der erste Schritt zur Durchführung dieser Versuche. Für unerfahrene Personen ist dies mit viel Aufwand und Zeit verbunden und verzögert somit den Versuchsfortschritt. Das Schreiben dieser Anträge, die in deutscher Sprache abgefasst sein müssen, ist für Muttersprachler schwierig genug, aber noch schwieriger für Nicht-Muttersprachler.

Die Animal Phenotyping Platform unterstützt alle Gruppen des MDC bei der effizienten und schnellen Umsetzung von Anträgen für Tierversuche. Neben den formalen und rechtlichen Aspekten berät die Animal Phenotyping Platform die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch bei der Planung, der Berechnung der Tierzahlen, den Möglichkeiten der Weiterqualifizierung und dem Know-how-Austausch mit anderen Gruppen. Kommunikation und Entwürfe können in englischer Sprache erfolgen, daher ist die Antragstellung für alle englischsprachigen Gruppen einfacher zu handhaben.

Bitte beachten Sie, dass die Animal Phenotyping Platform keine Verantwortung für die Anträge übernehmen kann. Es liegt in der Eigenverantwortung der Gruppen, das Personal für die Position des verantwortlichen Leiters und stellvertretenden Leiters des Projekts zu qualifizieren.

Sowohl die Animal Phenotyping Platform als auch die Tierschutzbeauftragten arbeiten eng zusammen, um Ihre Unterstützung sicherzustellen. Die Arbeit der Animal Phenotyping Platform ersetzt nicht die Beurteilung durch die Tierschutzbeauftragten. Alle Anträge und die Korrespondenz mit den Behörden müssen noch mit den Tierschutzbeauftragten besprochen, von ihnen Korrektur gelesen und durch sie eingereicht werden. Bis zu diesem Zeitpunkt unterstützt Sie die Animal Phenotyping Platform jedoch bei jedem Schritt des Antrags.

Reduce, Refine, Replace – Das 3R-Prinzip

Der wichtigste ethische Grundsatz bei der Durchführung von Tierversuchen ist das 3R-Prinzip. Dieses wurde erstmals 1959 von William Russel und Rex Burch in "The Principles of Humane Experimental Technique" veröffentlicht.

Die 3R stehen dabei für Replacement (Vermeiden), Reduction (Vermindern) und Refinement (Verbessern). Heute ist das Prinzip die weltweit anerkannte Grundlage für die Durchführung von Tierversuchen. In der aktuellen EU-Richtlinie 2010/63/EU und deren Umsetzung in Bundesrecht im Jahr 2013 findet das 3R-Prinzip erstmals auch gesetzlich Anerkennung. Seitdem müssen Versuchsdurchführende angeben, inwieweit das 3R-Prinzip in ihren Tierversuchsvorhaben umgesetzt wird oder umgesetzt werden kann.

Beim Replacement wird geprüft, ob die Forschungsfrage mit anderen Methoden als Tierversuchen beantwortet werden kann. Dies können -Modelle (Zell- oder Gewebekultur), In-silico-Methoden (Computermodelle) oder Body-on-a-Chip-Methoden (Multi-Organ-Chips) sein.

Solche Ersatzmethoden sind jedoch nur begrenzt anwendbar, und ihr Einsatz ist nicht immer möglich. Zell- und Gewebekulturen können beispielsweise nur einen winzigen Bereich eines Organismus abbilden. Auch Multi-Organ-Chips können Tierversuche bisher nicht vollständig ersetzen, da nur eine begrenzte Anzahl von Organmodellen miteinander verbunden werden kann (Quelle: Multi-Organ-Chip - ein vollständiger Ersatz für Tierversuche?).

Die komplexen Netzwerke, die bei der Entstehung von Krankheiten eine Rolle spielen, lassen sich in diesen Modellen nicht imitieren. Auch Computermodelle können biologische Prozesse nur bedingt nachbilden - die Daten, auf denen diese Simulationen beruhen, sind Erkenntnisse aus Tierversuchen. Daher sind wir bei der Untersuchung komplexer biologischer Prozesse noch immer häufig auf in vivo-Experimente angewiesen.

Auch wenn Tierversuche in vielen Fällen nicht ersetzt werden können, reduzieren alternative Methoden die Belastung der Tiere (Refinement) und die Anzahl der Versuchstiere (Reduction) erheblich. Es gibt zahlreiche nichtinvasive Untersuchungsmethoden (siehe APP-Techniken). In früheren Versuchen wurden die Tiere zum Beispiel oft zu bestimmten Zeitpunkten getötet, um den Krankheitsverlauf zu charakterisieren und zu analysieren. Folglich waren viele Tiere erforderlich, um aussagekräftige Datensätze zu erzeugen. Heute stehen für solche Studien hochauflösende Bildgebungsverfahren wie MRT, CT oder die Ultraschallbildgebung zur Verfügung. So kann beispielsweise das Wachstum eines Tumors im Laufe der Zeit an denselben Tieren untersucht werden, was nicht nur die wissenschaftliche Qualität der Daten erhöht, sondern auch eine sehr genaue Beurteilung des Gesundheitszustands und der Belastung der Tiere ermöglicht.

Weitere Informationen finden Sie auf der 3R-Website des MDC.

PREPARE Guideline

Die PREPARE Guideline (Planning Research and Experimental Procedures on Animals: Recommendations for Excellence) wurde von Adrian J. Smith und Kollegen entwickelt, um die Qualität und Reproduzierbarkeit von Tierversuchen zu verbessern und durch eine hervorragende Studienvorbereitung Wiederholungsversuche zu vermeiden.

Der Leitfaden gliedert sich in drei Hauptteile:

Formulierung der Studie

Dieser Teil umfasst Punkte für die Literaturrecherche, den Nachweis rechtlicher und ethischer Fragen, die Durchführung einer Schaden-Nutzen-Abwägung, die Definition humaner Endpunkte sowie die Entwicklung des Versuchsplans und der biometrischen Planung.

Dialog zwischen Wissenschaftlern und der Tierhaltungseinrichtung

Dieser Abschnitt umfasst die Klärung wesentlicher Fragen der Tierhaltung. Dabei geht es um Fragen der Arbeitssicherheit, z.B. um Kontaminationen und die daraus resultierenden Vorkehrungen zur Abfallentsorgung. Auch ob eine spezielle Unterweisung der Mitarbeiter erforderlich ist oder studienspezifische Besonderheiten, sollte im Rahmen dieser Kommunikation geklärt werden.

Qualitätskontrolle der Bestandteile der Studie

Dieser Abschnitt umfasst die Definition aller Maßnahmen und Handlungsabläufe, die ein qualitativ hochwertiges Arbeiten und damit die Generierung reproduzierbarer Datensätze ermöglichen sollen. Dazu gehören z.B. die Definition der Gesundheitsüberwachung, die Entwicklung von Refinementmaßnahmen, Überlegungen zur Vermeidung von überzähligen Tieren und vieles mehr.

Weitere Informationen und die PREPARE-Checkliste finden Sie auf der NORECOPA-Website.

Referenz:

Smith, A.J., Clutton, R.E., Lilley, E., Hansen, K.E.A., and Brattelid, T. (2017): PREPARE: guidelines for planning animal research and testing. Laboratory animals. DOI: 10.1177/0023677217724823