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Zelluläre Testsysteme

Akut-Toxizität

Abb.1
Wieviel einer Substanz ist toxisch?

Im Rahmen der Akut-Toxizitätstests wird das Gefährdungspotenzial einer Substanz bei einer Aufnahme über den Mund, die Haut oder über die Lungen bestimmt. Dazu wird üblicherweise die letale Dosis im Tierversuch ermittelt, also die Dosis der Substanz, bei der die Hälfte der Testtiere sterben. Der Verbrauch an Versuchstieren ist bei diesem Verfahren enorm hoch. Heute wird daher nach anderen sicheren Anzeichen für eine Akut-Toxizität gesucht, indem andere Parameter als der Tod als Endpunkt für den Test gewählt werden. Das können beispielsweise eindeutige Anzeichen dafür sein, dass ein Tier Schmerzen leidet, oder das Auftreten bestimmter Ausfallerscheinungen wie Lähmungen oder Desorientierung.

Tierversuche zur Akut-Toxizität sind nicht nur extrem schmerzhaft für die Versuchstiere, sondern liefern auch nur bedingt auf den Menschen übertragbare Ergebnisse. Die Aufnahme einer bestimmten Substanz, ihre Verstoffwechselung und die Sensitivität des Organismus insgesamt unterscheiden sich oft erheblich zwischen Mensch und Maus oder Ratte.

Als Alternative zum Tierversuch, zumindest für die ersten Tests auf akute orale Toxizität, eigenen sich Zellkultursysteme auf der Basis tierischer Zellen sehr gut, so z.B. Zellkulturen aus Mäuse-Bindegewebszellen oder auch Testsysteme mit menschlichen Keratinocyten.

Wie funktionieren eigentlich Toxizitätstests im Zellkultursystem?

Wenn ein Schadstoff zu lebenden Zellen gegeben wird, löst dieser bei den Zellen eine Stressreaktion aus, in deren Folge bestimmte Gene besonders oft abgelesen werden - das Muster der Boten-RNA (mRNA) einer Zelle ändert sich im Vergleich zu einer unhandelten Zellkultur. Solche Gene sind häufig Gene für Fremdstoff-abbauende Enzyme, die für die Entgiftung toxischer Substanzen in der Zelle verantwortlich sind. Die mRNA wird aus den Zellen isoliert, die spezielle, stress-spezifische mRNA in eine cDNA umgeschrieben und über eine PCR vervielfältigt. Während der PCR ist eines der Nucleotide, die in die neue DNA eingebaut werden, mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert. Je mehr von dieser Stress-spezifischen mRNA in den Zellen enthalten war, desto mehr fluoreszenzmarkierte DNA wird in der PCR gebildet - und das lässt sich messen.

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