Två cellbaserade metoder

Leverceller och nervceller används som alternativ till djurförsök på olika sätt.

Metod 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.

Metod 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.