Verringerung von Tierversuchen: Zellanalyse in Echtzeit mit dem xCELLigence System von Roche zum frühzeitigen Nachweis von Lebertoxizität

(PresseBox) (Penzberg, ) Das sogenannte 3-R-Konzept (Reduce, Refine, Replace), mit dem Tierversuche reduziert , verändert oder ersetzt werden sollen, wurde von W.M.S. Russell und R.L. Burch vor über 50 Jahren in ihrem Buch "The Principles of Humane Experimental Technique" entwickelt. Heute kann die Zahl der für In vivo-Tests verwendeten Labortiere verringert werden, indem toxische Substanzen schon früh durch zellbasierte In vitro-Assays, beispielsweise mit dem xCELLigence System von Roche (SIX: RO, ROG; OTCQX: RHHBY), identifiziert werden. Nicht geeignete Verbindungen, die sonst in späteren Phasen der Medikamententestung ausfallen würden, müssen so nicht mehr im Tierversuch getestet werden. Eine aktuelle Veröffentlichung von Roche Pharma und Roche Applied Science (1) beschreibt einen umfassenden Arbeitsablauf verschiedener In vitro-Techniken zur Bestimmung der Hepatotoxizität, mit Echtzeitanalyse von Zellen, biochemischen Assays und Genexpressionsanalysen.

Die hepatotoxischen Wirkungen der getesteten Stoffe konnten mit dem xCELLigence System einfach beobachtet werden. Mit den vom System generierten "Cell Index"-Profilen (CI) wurden Beginn und Verlauf des chemikalienvermittelten Zelltods quantifiziert. Im Vergleich zu den routinemäßig eingesetzten biochemischen Endpunkt-Assays zeigte das xCELLigence System eine höhere Empfindlichkeit 24 Stunden nach der Behandlung der Zellen. Mit den erhaltenen Kinetiken konnte die toxische Wirkung vom Beginn bis zum Ende des Experiments beobachtet werden; solche Profile sind mit Endpunkt-Assays nicht möglich. Da die Bestimmung des CIs kontinuierlich quantitative Informationen über die Zytotoxizität liefert, kann so der optimale Zeitpunkt für die Berechnung des IC50-Wertes einfach ermittelt werden. Interessanterweise zeigten die CI-Profile teilweise schon nach 6 Stunden dosisabhängige Reaktionen der Hepatozyten auf die getesteten Substanzen.

Im Folgenden untersuchten die Forscher die hepatotoxischen Effekte durch Genexpressionsanalysen zu diesen frühen Zeitpunkten. Eine Microarray-Analyse des gesamten Genoms zeigte signifikante, reproduzierbare Änderungen der Genexpression 6 Stunden nach der Behandlung der Zellen, was mit dem über das xCELLigence System ermittelten Beginn des Zelltods zusammenfällt. Anschließende quantitative RT-PCR-Messungen mit einer Untergruppe der gefundenen Gene belegten signifikante Änderungen der Genexpression 6 Stunden nach Verabreichung der Substanzen, was auf eine frühe Beeinflussung der Genregulation in den ersten Stunden nach der Behandlung hindeutet.

Die in dieser Studie erzielten Ergebnisse verdeutlichen die Vorteile des beschriebenen Arbeitsablaufs bestehend aus Echtzeitanalyse von Zellen, biochemischen Endpunkt-Assays und Genexpressionsanalysen. Die kontinuierliche Beobachtung der Zellen mit dem xCELLigence System führte zum Nachweis schon mittelschwacher Wirkungen auf die Zellen, was vielseitig zur Bestimmung idealer Zeitpunkte für die anschließenden Proteom- und Genomanalysen genutzt werden konnte. Die Verwendung der Microarrays von Roche NimbleGen für die molekularen Analysen zu geeigneten Zeitpunkten sorgt für aussagekräftige und reproduzierbare Expressionsdaten des gesamten Genoms, mit denen neue Zielgene und mögliche Biomarker identifiziert werden können. Für die Genexpressionsanalyse stehen Assays der Universal ProbeLibrary jetzt auch als vorgetestete RealTime ready Assays zur Verfügung. Die Kombination des xCELLigence Systems mit gut etablierten Endpunkt-Assays von Roche und dieser neuen Generation von Genexpressions-Assays von Roche erhöht die Vorhersagekraft früher Sicherheitsprüfungen, was in Zukunft zu einer Verringerung der Tierversuche führen kann.

(1) M. Schmitz, A. Seiler, M.-A. Watt, R. Alexandridis, H. Walch, F. Boess, A. B. Roth. "Improved Cellular Analysis for the Early Detection of Compound-Induced Hepatic Cytotoxicity to Reduce Animal Testing". Roche Applied Science, Cancer Research Application Note No. 5, 2010.

Nur für Forschungszwecke. Nicht für diagnostische Anwendungen geeignet.
XCELLIGENCE und NIMBLEGEN sind Markennamen von Roche.
PROBELIBRARY ist eine eingetragene Marke von Exiqon A/S, Vedbaek, Dänemark.
Andere Marken oder Produkte sind Marken der jeweiligen Eigentümer.

Kontakt

Roche Diagnostics Deutschland GmbH
Sandhofer Str. 116
D-68305 Mannheim
Claudia Fuchs
Assistant to Dr. Jochen Strack, Head of Global Finance RAS
Dr. Burkhard Ziebolz
Roche Applied Science
Head Global Communication
Social Media