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Forschung für weniger Tierversuche (3R)
Die Philipps-Universität erforscht auch Möglichkeiten, Tierversuche zu verringern. Diese sogenannte 3R-Forschung umfasst das Vermeiden (Replacement), das Verringern (Reduction) und das Verbessern (Refinement). Im Jahr 1959 veröffentlichten Russell und Burch ihr Buch „The Principles of Humane Experimental Technique“, in dem sie das 3R-Prinzip vorstellten. Dieses ist bis heute der wichtigste Leitfaden in Bezug auf Tierexperimente und wurde durch die EU-Direktive 63/2010 in geltendes Recht umgewandelt.
Das 3R-Prinzip beschreibt, dass Tierversuche nach Möglichkeit durch Alternativverfahren ersetzt werden sollten (Replacement). Sollte es keine Alternativmethoden zur Beantwortung einer spezifischen Forschungsfrage geben, so muss die Zahl der im Versuch eingesetzten Tiere so gering wie möglich gehalten werden (Reduction). Diese geringe Zahl von Tieren soll im Versuch eine so geringe Belastung wie möglich erfahren (Refinement). Dazu können beispielsweise optimierte Haltungsbedingungen oder eine Verfeinerung von Methoden führen.
Forschung zu Refinement (2026):
Tumor-Monitoring mit sezernierten Luciferasen – schonender, einfacher, genauer
Statistisch gesehen erkrankt jeder zweite Mensch im Laufe seines Lebens an Krebs. Deshalb kommt der Tumorforschung eine große Bedeutung zu. Um neue Behandlungen zu testen, sind Tierversuche bisher unverzichtbar, die Entwicklung von Methoden, die Tiere schonen und weniger Tiere benötigen, ist daher von besonders großer Bedeutung.
Ein Forschungsteam der Universität Marburg hat einen neuen Ansatz entwickelt, der Tiere schont: die Verwendung sezernierter Luciferasen. Dabei werden Tumorzellen mit Enzymen markiert, die spezifische Substrate in Lichtsignale umwandeln (Luciferasen) und diese aktiv in die Umgebung ausschütten.
Statt wie bisher bei der Verwendung von Luciferasen zur Tumormarkierung das Licht im Tier zu messen, wird die Luciferase ins Blut ausgeschüttet – und kann dort einfach in einer Blutprobe nachgewiesen werden.
Die Vorteile der neuen Methode:
Es ist keine Narkose mehr notwendig, um die Tiere für die Bildgebung zu sedieren und es sind keine hochsensitiven Kameras mehr nötig, um die Bilder zu erzeugen. Die Menge der im Blut zirkulierenden Luciferase dient als Maß für die Menge lebender Tumorzellen und kann kostengünstig mit einfachen Laborgeräten an Blutproben außerhalb des Tieres gemessen werden. Bildgebende Verfahren, die kreislaufbelastende Narkosen voraussetzen, sind damit verzichtbar.
Die benötigten Blutvolumina sind ausreichend klein, so dass Proben über einen langen Zeitraum wiederholt entnommen werden können, um Krankheitsverläufe wie Tumorwachstum oder Therapieantwort zeitlich hochaufgelöst zu erfassen. Unterschiedliche Messzeitpunkte müssen so nicht mehr an unterschiedlichen Tiergruppen untersucht werden. Dies ermöglicht eine deutliche Reduktion der Tierzahlen bei ebenso aussagekräftigen Ergebnissen.
Da jede Luciferase ein spezifisches Substrat umsetzt, können durch die Kombination mehrerer Luciferasen (GLuc + CLuc) auch verschiedene Tumorzellen in einem Tier getrennt voneinander untersucht und verglichen werden.
Ein Nachteil des Verfahrens:
Die Tumorzellen müssen zunächst außerhalb des Körpers markiert und anschließend in ein anderes Tier transplantiert werden. Das kürzt die natürliche Entwicklung und Progression eines Tumors ab und verhindert eine natürliche Wechselwirkung mit dem Immunsystem.
Weiterentwicklung des Modells
Eine Weiterentwicklung des Modells verwendet Mäuse, die sezernierte Luciferasen als Transgen in ihren Körperzellen tragen und diese ins Blut abgeben, sobald Tumore zu wachsen beginnen. Diese Tumore bilden sich wie beim Menschen aus einzelnen entarteten Zellen in Anwesenheit eines funktionierenden Immunsystems und stellen damit ein natürlicheres Tumormodell dar, das sich jedoch ähnlich leicht wie transplantierte Tumore anhand der Luciferase-Blutspiegel überwachen lässt.
In transplantierbaren Modellen können die Tumorzellen an unterschiedliche Stellen injiziert werden: unter die Haut (subkutan), in die Vene (zur Induktion von Lungentumoren) oder an den Ursprungsort (orthotop, z.B. direkt in die Bauchspeicheldrüse).
Durch genetische Manipulation können Tumore mit bestimmten Genveränderungen untersucht werden wie sie auch im Menschen vorkommen. Auch der Einfluss (neuer) Therapien kann mit Hilfe sezernierter Luciferasen untersucht werden, da im Fall einer erfolgreichen Therapie aufgrund des Absterbens der Tumorzellen der Luciferase-Blutspiegel sinkt oder langsamer ansteigt.
Insgesamt ermöglicht die Verwendung sezernierter Luciferasen eine Reduzierung der Zahl der benötigten Versuchstiere und quantitative Experimente in frühen Tumorstadien mit minimal invasiven, tierschonenden und zugleich kostengünstigen Methoden.
Allgemeine Infos zu 3R-Forschung an der Universität Marburg
Die Philipps-Universität Marburg verfolgt den 3R-Ansatz intensiv in allen Forschungsvorhaben und greift dabei auf den internationalen Forschungsstand zurück. In der Krebsforschung wird zum Beispiel die Genschere CRISPR eingesetzt. Damit konnte die Zahl von Versuchstieren erheblich reduziert werden. Für die Verdienste um die Schonung von Versuchstieren erhielt die Onkologie schon 2014 den Hessischen Tierschutz-Forschungspreis.
- 2014: Hessischer Tierschutz-Forschungspreis für Professor Dr. Thorsten Stiewe für seine Verdienste um die Schonung von Versuchstieren und drastische Verringerung der Zahl von Versuchstieren durch die Methode des Monitorings von transplantierten Tumoren in Mäusen
- 2023: Von Behring-Röntgen-Nachwuchspreis für Dr. Nastasja Merle für die Entwicklung einer neuen gentechnischen Methode zur gezielten Erzeugung von Tumoren in Mäusen, wodurch sich die Anzahl von Zuchtversuchstieren erheblich verringern lässt.1
Zudem ist die Universität Marburg am Aufbau der Webseite 3R-SMART, einer Schulungsplattform für methodische Ansätze zur Reduktion von Tierversuchen, beteiligt. Dieses Projekt wird vom BMBF gefördert.
Publikationen:
1 Nastasja Merle & al.: Monitoring autochthonous lung tumors induced by somatic CRISPR gene editing in mice using a secreted luciferase, Molecular Cancer 2022, DOI: https://doi.org/10.1186/s12943-022-01661-2
Nastasja Merle, Imke Bullwinkel, Oleg Timofeev, Sabrina Elmshäuser & Thorsten Stiewe: Secreted luciferases as a minimally invasive 3R-compliant tool for accurate monitoring of tumor burden, Nature Protocols 2026, DOI: https://doi.org/10.1038/s41596-025-01315-9
Joël P Charles, Jeannette Fuchs, Mirjam Hefter, Jonas B Vischedyk, Maximilian Kleint, Fotini Vogiatzi, Jonas A Schäfer, Andrea Nist, Oleg Timofeev, Michael Wanzel & Thorsten Stiewe: Monitoring the dynamics of clonal tumour evolution in vivo using secreted luciferases, Nature Communications 2014: DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms4981