Warum Rinderzellen die Wirkstoffforschung voranbringen könnten

Veterinärmediziner der Universität Leipzig haben herausgefunden, dass Rinderzellen menschlichen Zellen in bestimmten Aspekten stärker ähneln als Mauszellen. Dies könnte für die Entwicklung neuer Wirkstoffe, u. a. in der Krebsforschung, genutzt werden.

Eine Art „Suizidprogramm“ ist Teil des Stoffwechsels jeder Zelle. Forschende untersuchen, wie die Apoptose, also der programmierte Zelltod, beeinflusst werden könnte, um Krebs oder andere schwere Erkrankungen zu behandeln. Zum Testen möglicher Wirkstoffe werden bislang häufig Zellen von Mäusen genutzt.

Vergleichende Perspektive erweitert die Möglichkeiten

Der Begriff Apoptose bezeichnet den Vorgang, mit dem geschädigte oder nicht mehr benötigte Zellen in einem Organismus natürlicherweise eliminiert werden. Wie dieser Mechanismus gezielt beeinflusst werden könnte, um Krebs oder andere schwere Erkrankungen beim Menschen zu behandeln, beschäftigt Forschende seit Längerem.

Prof. Frank Edlich forscht zur mitochondrialen, also aus dem Inneren der Zelle angestoßenen, Apoptose. Er nimmt dabei eine zwischen verschiedenen Tierarten und dem Menschen vergleichende Perspektive ein. Edlich ist Professor für Biochemie an der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig.

Durch eine Zusammenarbeit mit der Universitätsmedizin Leipzig konnten er und sein Forschungsteam menschliche Blutproben mit Zellen und Geweben von Rind, Maus, Schaf und Schwein vergleichen. Die Forschenden fokussierten sich in ihrer Studie auf die Proteine BAX und BAK, die den programmierten Zelltod initiieren. Sie untersuchten mit biochemischen Proteinanalysen, wo sich BAX und BAK in den Zellen der untersuchten Arten befinden und wie sie sich an der Mitochondrienmembran organisieren. In einem Versuch mit Rinderleberzellen wendeten die Wissenschaftler zudem verschiedene Wirkstoffe an und verfolgten den Ablauf des programmierten Zelltods anhand mehrerer unabhängiger Messgrößen sowie mit hochauflösender Mikroskopie.

Ähnlichkeit bisher nur bei Regulation von BAX und BAK nachgewiesen

Sie stellten fest, dass Rinderzellen mit Blick auf die zentralen Zelltodproteine BAX und BAK menschlichen Zellen stärker ähneln als die häufig verwendeten Mauszellen. Zum einen ist das Rinderprotein BAX dem menschlichen Protein ähnlicher als das der Maus. Zum anderen sind BAX und BAK an der Mitochondrienmembran von Rind und Mensch ähnlich verteilt und organisiert.

Rinderzellen könnten deshalb als ergänzendes Testsystem helfen, Wirkungen und Nebenwirkungen von potentiellen Wirkstoffen zuverlässiger auf den Menschen zu übertragen. „Wir haben einen konkreten mechanistischen Maßstab identifiziert, der bei der Auswahl geeigneter präklinischer Modelle berücksichtigt werden kann“, erklärt Edlich. „Dadurch könnten Fehlbewertungen bereits in frühen Phasen der Wirkstoffentwicklung vermieden werden.“ Er unterstreicht, dass die nachgewiesene Ähnlichkeit zwischen Rind und Mensch sich ausschließlich auf die Regulation von BAX und BAK bei der mitochondrialen Apoptose beziehen.

Zukünftige Forschungsziele: Weitere Zelltypen und Wirkstoffe prüfen

Im nächsten Schritt wollen die Forschenden prüfen, wie stabil diese Übereinstimmung zwischen Rind und Mensch in weiteren Zelltypen und bei weiteren Wirkstoffen ist. Daraus könnten standardisierte Rinderzellmodelle entstehen, die präklinische Tierversuche gezielter ergänzen und in geeigneten Bereichen teilweise ersetzen. Entscheidend sei, ihren Anwendungsbereich und ihre Grenzen genau zu bestimmen, so Prof. Edlich.

Die Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler vor Kurzem in der Fachzeitschrift „Archives of Toxicology“. Das Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.