News

Veröffentlicht: 28. August 2024

Sinnvolle Forschung ohne Tierversuche

Insbesondere in Krankenhäusern sind antibiotikaresistente Keime gefürchtet. Einer von ihnen ist das Bakterium Pseudomonas aeruginosa. Eine Infektion mit dem Bakterium verursacht eine Lungenentzündung, die bei bis zu 50 % der beatmeten Patienten zum Tode führt. Wie der Keim die Schutzschicht der Lunge überwindet und das darunter liegende Gewebe zerstört war bisher unklar. Nun verwendeten Forschende der Universität Basel ein detailliertes menschliches Lungenmodell, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu entschlüsseln (1).

Dazu benutzten sie sogenannte Mini-Lungen, in denen sie menschliche Lungenzellen auf einer Membran an der Grenzfläche zwischen Luft und Nährmedium wachsen ließen (2). Die Zellen bildeten ein Gewebe, das ebenso wie in unserer Lunge aus verschiedenen Zelltypen aufgebaut ist. So enthält es sogenannte Becherzellen, welche den Schleim produzieren, der unsere Lungen auskleidet. Auch weist das Lungenmodell Zilien auf. Dabei handelt es sich um Flimmerhärchen, welche sich rhythmisch bewegen und dadurch den Schleim – mit anheftenden Fremdkörpern oder Bakterien – abtransportieren, wodurch das Lungengewebe gereinigt und geschützt wird. So bildet das Modell die Schutzschicht der menschlichen Lunge ideal nach. Zusätzlich entwickelten die Forschenden eine Methode, mit der sich in Echtzeit verfolgen lässt, wie die Erreger in das Gewebe eindringen und sich dabei verändern (3).

Die menschlichen Mini-Lungen wurden dann mit Pseudomonas aeruginosa infiziert. Die Bakterien vermehren sich zunächst in der schützenden Schleimschicht. Schließlich gelangen einige der Bakterien an die unter der Schleimschicht liegenden Lungenzellen und dringen in sie ein. Dabei befallen sie vor allem die Becherzellen, die für die Produktion des Schleims verantwortlich sind. In den Zellen vermehren sich die Bakterien, wodurch die Becherzellen anschwellen und schließlich platzen. So werden angrenzende Zellen befallen und die Infektion breitet sich aus.

Die verwendeten Mini-Lungen ermöglichen die Untersuchung der Infektion direkt an menschlichen Zellen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil zu sogenannten Tiermodellen, in denen sich die Zellen der Lunge wesentlich von denen des Menschen unterscheiden. Mit dem Lungen-Modell können beispielsweise verschiedene Antibiotika getestet werden und überprüft werden, wie die Bakterien auf die Behandlung reagieren und wo sie möglichweise vor Antibiotika geschützt überdauern. Zudem lassen sich in den tierfreien Modellen Zellen von Patienten einsetzen, wodurch auch individuelle Unterschiede zwischen Patienten berücksichtigt werden können.