Abteilung Umwelttoxikologie

Der extensive Einsatz von Chemikalien und deren Freisetzung in Gewässer stellen ein großes Umweltproblem dar. Diese Chemikalien können unter anderem die Neurophysiologie von Wasserorganismen beeinträchtigen, wodurch sich deren Verhalten ändert und ihre Überlebenschancen sinken. Die Umweltverträglichkeitsprüfung von Chemikalien hängt weitgehend von teuren, zeitaufwändigen und ethisch fragwürdigen Tierversuchen ab, bei denen häufig Fische als Testtiere eingesetzt werden. Darüber hinaus liefern sie nur ein begrenztes Verständnis der molekularen Mechanismen, die der Wirkung von Neurotoxika und anderen Chemikalien zugrunde liegen. Aufgrund dieser Faktoren besteht ein dringender Bedarf an besseren und schnelleren Alternativen für die Bewertung der Chemikalien Toxizität. In diesem Zusammenhang stellen auf Fischzellen basierende In-vitro-Ansätze eine vielversprechende Technologie für die Identifizierung von Gefahren durch anthropogene Produkte und für die Entschlüsselung von Mechanismen dar, die zu Neuro- und anderen Arten von Toxizität führen.

Ein Grund für die mangelnde Akzeptanz von in vitro Fischzelllinien-Tests für die Umweltrisikobewertung ist die begrenzte Charakterisierung von Fischzelllinien, die für toxizitätsrelevante Gewebe repräsentativ sind. Ziel dieses Projekts ist daher (i) die grundlegende Charakterisierung toxikologisch relevanter Fischzelllinien und (ii) die Entwicklung eines Tests zur Bewertung der Neurotoxizität auf der Grundlage von RTbrain-Zellen, wobei der Schwerpunkt auf einer Zelllinie liegt, die aus dem Gehirngewebe der Regenbogenforelle stammt. Diese Forschung ist Teil eines größeren Projekts, das darauf abzielt, ein modulares, rechnergestütztes Rahmenwerk zu entwickeln, das verschiedene Fischzelllinien und mechanistische Endpunkte integriert, um eine zweckmäßige tierfreie Vorhersage der chemischen Toxizität für Fische zu ermöglichen. Dieses Projekt wird vom Schweizerischen Nationalen Forschungsprogramm 79 «Advancing 3Rs - Research, Animals and Society» finanziert. Innerhalb dieses «Fish invitrome» - Rahmens wird der zellbasierte RTbrain-Test das Neurotoxizitätsmodul darstellen.

Im ersten Teil des Projekts werden Fischzelllinien im Hinblick auf ihr Transkriptom und Proteom untersucht, was Aufschluss über funktionelle und molekulare Merkmale geben wird. RTbrain-Zellen werden durch Immunfärbetechniken und elektrophysiologische Untersuchungen gründlicher untersucht, um strukturelle und funktionelle Informationen zu gewinnen. Die im Rahmen dieser Studien gewonnenen Daten werden zur Bewertung von Zielmolekülen für die Neurotoxizität verwendet, auf deren Grundlage verschiedene Neurotoxizitätstests entwickelt werden. Schließlich werden einige wenige Testsausgewählt und zum RTbrain in vitro Array zusammengestellt, mit dem die Neurotoxizität für eine Reihe verschiedener neurologisch relevanter Ergebnisse gemessen werden soll. Durch chemische Tests werden wir schließlich die Robustheit und Vorhersagbarkeit des RTbrain in vitro Arrays bewerten.

Mit der Erweiterung des «Fisch-Invitroms» erwarten wir, den Wert neuer In-vitro-Ansätze bei der Umweltrisikobewertung zu erhöhen und die Übernahme dieser tierfreien Methoden durch die Regulierungsbehörden zu erleichtern. Das etablierte Fischhirnmodul wird im Idealfall eine tierfreie Methode für das Screening von datenarmen Chemikalien bieten. Darüber hinaus werden wir Erkenntnisse über die grundlegenden molekularen Mechanismen der Neurotoxizität gewinnen.