Alternativmethoden zum Tierversuch zum Nachweis hormonaktiver Wirkungen in vitro
Eine zuverlässige Bewertung der Wirkungen von Chemikalien und Pflanzenschutzmitteln auf das menschliche Hormonsystem (sogenannte endokrine Disruptoren) ist von zentraler Bedeutung für den gesundheitlichen Verbraucherschutz. Hormone regulieren unter anderem den Aufbau, Abbau und Umbau verschiedener Organe und Gewebe. Geraten diese präzise regulierten Prozesse aus dem Gleichgewicht, kann dies zur Entstehung von Tumoren und Metastasen führen. Im Falle des Brustkrebses, der zu den häufigsten Krebsarten in Deutschland gehört, spielt das weibliche Hormon Östrogen in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle, da es unter anderem in Verdacht steht, die Tumorbildung und Metastasierung zu begünstigen.
Der E-Morph Assay - eine zellbasierte Screeningmethode zur zuverlässigen Identifizierung von Stoffen mit östrogener Wirkung
Bisher beruht die Identifizierung und Charakterisierung von endokrinen Disruptoren vor allem auf Tierversuchen, wobei gerade für den Nachweis von kanzerogenen Wirkungen eine hohe Anzahl an Versuchstieren (>500 pro Substanz) benötigt wird. Hier können Alternativmethoden, wie eine im Rahmen dieses Projektes entwickelte zellbasierte Screeningmethode(E-Morph Assay), die zuverlässige Identifizierung von Stoffen mit östrogener Wirkung unterstützen und somit helfen, die Versuchstierzahlen deutlich zu senken. Dabei untersucht das Bf3R auch mögliche molekulare Wirkmechanismen endokriner Disruptoren mithilfe biochemischer Verfahren und höchstauflösender Mikroskopie. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Einfluss östrogen-wirkender Stoffe auf die Gewebestabilität und Tumormetastasierung. Im Rahmen des BMBF-geförderten Drittmittelprojekts "MORPHEUS" wird der E-Morph Assay derzeit für Cell Painting-basiertes phänotypisches Screening sowie Serum-freie Zellkulturbedingungen weiterentwickelt.
Das Bf3R leistet damit einen Beitrag zu der wissenschaftlichen Diskussion, wie Chemikalien und Pflanzenschutzmittel in der Umwelt auf das menschliche Hormonsystem wirken können und ob eine mögliche Gesundheitsgefährdung besteht.
Workflow (Exposition - Bildanalyse - Vorhersage) einer zellbasierten Screeningmethode zur Identifizierung von Stoffen mit östrogener Wirkung.
In einer 96-Lochplatte werden Zellen einer Brustkrebszelllinie mit verschiedenen Testsubstanzen in aufsteigender Konzentration in Kontakt gebracht (Exposition). Anschließend werden diese Zellen mit einem Farbstoff gefärbt, anhand dessen für jede einzelne Zelle verschiedenste morphologische Parameter abgeleitet werden können (Bildanalyse). Anhand dieser Parameter lassen sich letztendlich Dosis-Wirkungs-Kurven erstellen, die Aufschluss über eine mögliche östrogene Wirkung einer Testsubstanz geben (Vorhersage).
Weiterführende Literatur:
Klutzny, S.; Kornhuber, M.; Morger, A.; Schönfelder, G.; Volkamer, A.; Oelgeschläger, M.; Dunst, S. Quantitative high-throughput phenotypic screening for environmental estrogens using the E-Morph Screening Assay in combination with in silico predictions. Environment International 2022;158:106947 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412021005729
Kornhuber, M.; Dunst, S.; Schönfelder, G.; Oelgeschläger, M. The E-Morph Assay: Identification and characterization of environmental chemicals with estrogenic activity based on quantitative changes in cell-cell contact organization of breast cancer cells. Environment International 2021;149:106411. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412021000350
Bischoff, P.; Kornhuber, M.; Dunst, S.; Zell, J.; Fauler, B.; Mielke, T.; Taubenberger, A.V.; Guck, J.; Oelgeschläger, M.; Schönfelder, G. Estrogens Determine Adherens Junction Organization and E-Cadherin Clustering in Breast Cancer Cells via Amphiregulin. iScience 2020;23:101683. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004220308750
Bischoff P, Kornhuber M, Schönfelder G, Oelgeschläger M, Dunst S, Vogl S. Screening method for estrogenic and anti-estrogenic activity. EP3517967, WO/2019/145517, US20210055311. European Patent Office / U.S. Patent & Trademark Office. 2019 / 2021. https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=EP249469531&_fid=WO2019145517