Alternativa metoder

Djurförsök

Celler

Celltester kan minska antalet djurförsök

Med hjälp av celltester hoppas forskare kunna ersätta dagens testning av kemikalier på djur. Anna Forsby vid Stockholms universitet tar fram en metod för att testa hur kemikalier påverkar hjärnans celler.

Många kemikalier påverkar människors hälsa. Därför har EU bestämt att det måste testas om kemikalierna är giftiga. Lagen kallas Reach och innebär troligtvis att ett stort antal djur måste användas för att göra testerna. För att få fram alternativ till djurförsöken har EU satsat pengar på forskning om detta. Anna Forsby, som jobbar som docent i neurokemi, har lett ett EU-projekt som handlar om tester med nervceller.

– Det räcker ofta med enkla celltester för att studera hur giftig en kemikalie är, men när nervceller är inblandade behövs det mer specifika modeller. Nervsystemet är det känsligaste organet med många funktioner som kan skadas, säger hon.

Försök med råttfoster

Det visade sig att ett test som består av celler från råttfosters hjärna fungerade bäst för att ta reda på hur giftiga kemikalier är. Men tyvärr finns det praktiska problem med att använda ett sådant test. Och det innebär ändå att det behövs djur för att få fram cellerna.

– Man sparar några djur jämfört med test på levande djur eftersom man kan dela upp cellerna i flera rör och göra olika tester i varje. Men vi vill helst ha en cellmodell där man helt kommer bort från användandet av djur.

Nytt projekt utan djurförsök

Eftersom projektet inte ledde till tester helt utan djur fortsätter Anna Forsby sin egen forskning inom samma ämne. I det nya projektet använder hon stamceller från mushjärna. Cellerna hon använder isolerades för 20 år sedan och kan odlas hur länge som helst. Det behövs därför inte fler djur. Odlingen kan ge en blandning av hjärnans celler, både nervceller och så kallade stödjeceller, gliaceller. Målet är att utsätta dessa celler för kända kemikalier och sedan se hur livsviktiga funktioner i cellerna påverkas.

Om projektet lyckas kan det bli en metod för att testa nya okända kemikalier. Men människokroppen har en komplicerad uppbyggnad och för att förstå hur kemikalier tas upp av och påverkar kroppen kommer metoden att behöva kombineras med andra tester.

”Det är också viktigt att metoden är etiskt, praktiskt och ekonomiskt genomförbar.”

Recept för att odla celler

Cellerna måste därför vara enkla att odla och de ska klara rutintestning där det går att köra många tester samtidigt, snabbt och billigt. Anna Forsby har nu tagit fram ett recept för odlingen så att det blir samma blandning av celler varje gång.

Kemikalier testas i provrör

Flamskyddsmedel, mjukgörare och bekämpningsmedel. Överallt runt oss finns kemikalier som kan påverka vår hälsa. Biokemisten Maria Bondesson tar fram en metod som testar kemikaliers giftighet helt utan djurförsök.

Idag används över 100 000 kemikalier inom EU. För över 80 procent av dessa saknas tillräcklig kunskap för att kunna göra en bedömning av hur ämnena påverkar hälsa och miljö. Därför behövs bra testmetoder.

Djurfria alternativ
Hittills har det varit standard att testa giftiga kemikalier på försöksdjur som möss och kaniner. Men på senare år har forskningen om djurfria alternativ gjort framsteg. Maria Bondesson, forskare vid University of Houston, arbetar med att ta fram ett alternativt sätt att undersöka om kemikalier påverkar människans hormonsystem.

– Många av kemikalierna liknar kroppens egna signalsubstanser som östrogen och testosteron. Metoden som jag är med och utvecklar undersöker om kemikalierna kan binda till dessa hormonreceptorer i hjärnan.

Metoden är helt provrörsbaserad och går ut på att några av de vanligaste hormonreceptorerna fästs vid små plastkulor. Dessa blandas med den kemikalie man vill testa. För att se om kemikalierna har någon påverkan undersöks om receptorerna har ändrat sin struktur. Om de har förändrats är det troligt att kemikalien påverkar hormonsystemet.

– Till skillnad från djurtesterna kan vi med den här metoden testa flera olika kemikalier samtidigt. På det sättet kan vi se hur olika kemikalier samverkar, säger hon.

Stort intresse i USA
Maria Bondesson började studera testmetoder för hormonstörande kemikalier när hon arbetade med kemikalier i livsmedel i CASCADE-projektet vid Karolinska institutet. Idag har hon en forskartjänst i molekylär toxikologi vid University of Houston där hon har fortsatt att studera samma ämne. Metoden är inte helt färdigutvecklad, men Maria Bondesson tror att den ska vara färdig att användas inom en snar framtid.

– Intresset för alternativa testmetoder är stort här i USA. EPA, den amerikanska motsvarigheten till Naturvårdsverket, arbetar med att ta fram en bank av djurfria tester. Målet är att dessa tester ska kunna användas för att prioritera vilka utav tusentals kemikalier som ska undersökas ytterligare.

Tarmsjukdom kartläggs

Kan störningar i tarmens nervsystem ligga bakom många tarmsjukdomar? Det tror Eva Ekblad, professor i neurogastroenterologi vid Lunds universitet.

De vanligaste tarmrubbningarna har samlingsbeteckningen funktionell tarmsjukdom. De visar sig i form av en rad symtom från förstoppning till diarré. Någon egentlig medicinsk orsak går inte att hitta, men patientens tarmbesvär kan ställa till stora problem i det dagliga livet. Mer ovanliga är de inflammatoriska tarmsjukdomarna, Crohns sjukdom och ulcerös kolit där operationer ibland är nödvändiga. Någon bot för dessa sjukdomar finns ännu inte.

Nerverna kontrollerar tarmarna

Hela mag-tarmkanalen är uppåt nio meter lång och har mer än 100 miljoner nervceller. Detta nervsystem fungerar självständigt utan styrning från hjärnan och kontrollerar aktiviteten i magsäck och tarmar med hjälp av en lång rad signalsubstanser.

– Eftersom nerverna reglerar i princip alla funktioner i tarmarna, så tror vi att något blivit fel i nervsystemet när tarmens funktioner störs. Man vet också att nervceller dör i samband med olika tarmsjukdomar, säger Eva Ekblad.

Tydligare resultat med ny metod
De flesta forskare som studerar tarmsjukdomar använder sig av djurförsök, där djuren får dricka irriterande substanser eller får substanserna införda i tarmen via analöppningen. Det finns också genförändrade möss som spontant utvecklar tarmsjukdomar som liknar de mänskliga. Men Eva Ekblads forskargrupp har utvecklat ett annat sätt att studera tarmnerverna. Hennes metod går till så att man tar ut nervceller, odlar dem i odlingskulturer och sätter till de irriterande substanserna i odlingsskålarna.

– Vi ser vår metod som bättre i flera avseenden. Det viktigaste är att vi får tydligare resultat. När ett försöksdjur utsätts för de här substanserna är det så mycket som händer i dess kropp att man har svårt att urskilja vad som enbart har med tarmsystemet att göra. Det problemet kommer vi förbi när vi studerar de isolerade nervcellerna. Att vi dessutom slipper utsätta djur för en obehaglig behandling är ett extra plus, menar Eva Ekblad.

Helt utan djur är hennes forskning inte, de nervceller hon studerar kommer från djur. Men antalet djur som används blir litet, eftersom nervcellerna från en enda mus räcker till ett stort antal tester.

Försök på celler från mänsklig tarm

Sedan nervcellerna isolerats och utsatts för de irriterande substanserna, tillsätter forskarna andra ämnen som man tror kan skydda och hindra nervceller från att dö. Ett bevis för att metoden avspeglar verkligheten är att kortison har en sådan skyddande funktion, vilket den har på patienter också. Kortison är en av de få verksamma medicinerna för patienter med inflammatoriska tarmsjukdomar.

Forskargruppen i Lund har nu börjat med försök även på nervceller från mänskliga tarmar. I samband med en tarmoperation för till exempel cancer opereras alltid lite frisk vävnad bort för säkerhets skull, och nervceller därifrån kan användas i försöken. Man har också kontakter med LU Innovation, den enhet som hjälper till att kommersialisera forskningsfynd från Lunds universitet.

– Vi har funnit en grupp substanser som verkar vara väldigt effektiva när det gäller att rädda hotade nervceller. De skulle kanske kunna utvecklas till ett läkemedel om vi får finansiering, hoppas Eva Ekblad.

Två cellbaserade metoder

1) Leverceller

En av de främsta orsakerna till att man tvingas avbryta tester av nya mediciner på människor är att de är giftiga för levern.

– Men detta är svårt att förutsäga med dagens metoder. Det beror bland annat på att levern hos människor och djur hanterar substanser olika. Och mänskliga leverceller är svårodlade, säger Magnus Ingelman-Sundberg, professor i molekylär toxikologi vid Karolinska institutet.

Han utvecklar cellbaserade metoder för att ta reda på om en substans är skadlig för levern eller inte. Han använder sig av så kallade bioreaktorer, behållare av handflatsstorlek, som utvecklats vid Charité University Medicine i Berlin.

Levercellerna fungerar i tre veckor

Bioreaktorn rymmer omkring 200 miljoner leverceller som tillåts växa i tre dimensioner. Genom tre oberoende kärlsystem som går in och ut ur behållaren kan forskarna kontrollera cellernas miljö, genom att exempelvis styra närings- och syretillförseln. Men de kan även tillsätta substanser och ta diverse prover. Vidare används sfäroider, det vill säga bollar med leverceller av olika typer, som bildar 3D-strukturer som tillåter försök under lång tid.

– De strukturer som levercellerna bildar i bioreaktorn och i sfäroiderna liknar dem som finns i kroppen och fungerar bra i upp till tre veckor. Med vanliga cellsystem är levercellerna endast användbara i någon dag och det är då inte möjligt att genomföra långtidsstudier av läkemedels giftighet, säger Magnus Ingelman-Sundberg.

Hitta biomarkörer

Meningen med studierna är att förstå mekanismerna bakom levertoxicitet, men även att hitta biomarkörer som talar om när levercellerna mår dåligt och är på väg att dö.

På lång sikt hoppas man även kunna seriekoppla flera bioreaktorer, motsvarande exempelvis tarm, lever och hjärta, med avsikten att studera hur ett ämne påverkar hjärtat sedan den passerat både tarm och lever.

2) Nervceller

Cellmodeller kan användas för att undersöka följderna av dåliga händelser under fostertiden, närmare bestämt hur toxiska, det vill säga giftiga, ämnen inverkar på nervsystemets utveckling.

Cellmodeller som ska kunna ge samma svar som vissa djurstudier utvecklas vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska institutet. Sandra Ceccatelli är professor i neurotoxikologi och hon och hennes kolleger använder sig både av nervsystemets stamceller samt av hjärnceller av olika slag.

– Vi vet ganska mycket om hur det vuxna nervsystemet reagerar på olika toxiska substanser men när det gäller foster och barn är kunskapen starkt begränsad, trots att vi utsätts för en mängd kemikalier varje dag, säger hon.

Kartlägger giftutsatta celler

Forskarna kan med olika typer av mikroskopiska och molekylärbiologiska tekniker undersöka beteendet hos stamceller som utsatts för giftiga substanser. De kan kartlägga effekter på celldöd, celldelning, rörlighet samt cellernas utveckling till olika celltyper efter exponering av mycket låga halter referenstoxiner.

Målet med cellstudierna är bland annat att ta reda på hur skador på nervsystemet uppstår samt att identifiera känsliga biomarkörer för neurotoxicitet. Men en del av Sandra Ceccatellis forskning baseras även på djurförsök.

”Cellmodeller kan inte efterlikna det komplicerade nervsystemets funktioner i levande organismer och måste därför kompletteras med djurstudier.”

Men vi använder oss bland annat av en speciell sorts bur, kopplad till en dator, som gör det möjligt att analysera beteendet hos möss utan att de behöver lämna sin invanda miljö eller isoleras, vilket minskar risken för den stress som är förenad med traditionella tester, säger hon.

Mindre behov av däggdjur

Sandra Ceccatelli tror dock att den pågående utvecklingen av alternativa metoder till dagens djurförsök kommer att leda till ett mindre behov av framför allt däggdjur även inom den beteenderelaterade delen av neurotoxikologiforskningen i framtiden. Hennes egen forskargrupp planerar till exempel att ersätta möss med zebrafiskar i vissa studier.

Går det lika bra med celler i?

Anna Forsby på Stockholms universitet berättar om celler som ersättning för djurförsök.

Tycker du att den här texten var hjälpsam och besvarade din fråga?