Stellungnahme Fetales Kälberserum

Zusammenfassung

Fetales Kälberserum (FKS) wird als Nährlösung für Zellen genutzt. Die Gewinnung des Serums geht jedoch mit großem Tierleid einher, da es aus dem Blut ungeborener Kälber gewonnen wird, indem ihnen mit einer Nadel direkt ins Herz gestochen wird. Es wird so lange Blut abgesaugt, bis es blutleer ist und das Kalb stirbt. Doch es gibt Nährmedien ohne fetales Kälberserum. So bietet das Humane Blutplättchen-Lysat nicht nur ethische, sondern auch wissenschaftliche Vorteile gegenüber dem fetalen Kälberserum, weil es aus menschlichem Blut gewonnen wird.

Hintergrund

Forscher arbeiten immer öfter mit Zell- oder Gewebekulturen um auf Tierversuche zu verzichten. So werden diese u.a. bei Giftigkeitsprüfungen von Chemikalien oder bei der Medikamentenentwicklung genutzt. Um diese Zellen am Leben zu halten und zum Wachsen zu bringen, benötigen sie ein sogenanntes Nährmedium, d.h. eine Flüssigkeit in der verschiedene Nährstoffe enthalten sind. Als „Goldstandard“ wurde dafür bisher standardmäßig Blutserum von ungeborenen Kälbern genutzt. Dieses soll die Zellen unter anderem mit Hormonen, Wachstumsfaktoren, Proteinen, Aminosäuren, Mineralstoffen und Spurenelementen versorgen. Die genaue Zusammensetzung ist allerdings bis heute nicht bekannt (1) bzw. kann je nach Herkunft stark schwanken. Serum von ungeborenen Kälbern (Fetales Kälberserum = FKS) enthält weniger Stoffe, die das Wachstum der Zellen hemmen und wird daher dem von erwachsenen Tieren vorgezogen (1).

Die grausame Gewinnung von Kälberserum

Kälberserum ist das lukrative Beiprodukt der Fleischgewinnung. Direkt nach der Schlachtung einer schwangeren Kuh wird dieser der Fötus aus der Gebärmutter herausgeschnitten. Dann wird dem noch lebenden Kalb eine dicke Nadel zwischen die Rippen durch Haut und Muskeln direkt ins schlagende Herz gestoßen. Das Blut wird abgesaugt, bis das Tier blutleer ist und stirbt. Noch lebend deshalb, da durch das schlagende Herz eine größere Menge an Blut gewonnen werden kann und es nicht gerinnt. Diese Prozedur geschieht ohne Betäubung, obwohl wissenschaftliche Studien davon ausgehen, dass Kälberfeten zumindest im letzten Drittel der Schwangerschaft bereits leidensfähig sind (2,3). In manchen Ländern Südamerikas werden die Mutterkühe auf Zuchtfarmen absichtlich zuvor befruchtet, damit sie dann schwanger in die Schlachtung gehen. In den USA, Argentinien, Brasilien, Südafrika, Australien und Neuseeland ist es üblich, dass Kühe und Bullen zum Teil gemeinsam weiden. Wird eine ganze Herde zum Schlachthof gebracht, sind immer auch schwangerer Tiere dabei.

Durch Managementfehler oder unbemerkte Befruchtungen, gelangen in Deutschland laut einer Studie der Universität Leipzig vermutlich jährlich bis zu 15 % der Kühe schwanger zur Schlachtung (4). Im Mai 2017 wurde für Deutschland ein gesetzliches Verbot der Schlachtung von Rindern im letzten Drittel der Schwangerschaft beschlossen. Zuvor war lediglich der Transport solcher Kühe verboten, was jedoch gesetzeswidrigerweise immer wieder vorgekommen ist. Die ungeborenen Kälber ersticken während der Schlachtung qualvoll in der Gebärmutter. Von Tierschutzseite wird deshalb seit Jahren ein EU-einheitliches Schlachtverbot für schwangere Tiere gefordert, zudem Rechtsvorschriften, die Sanktionen bei Verstößen regeln. So ist beispielsweise das Schlachten schwangerer Schafe und Ziegen weiterhin erlaubt. Zudem muss das Schlachtverbot dringend auf die gesamte Schwangerschaftszeit ausgeweitet werden. Eine FKS-Gewinnung in Deutschland ist allerdings nicht bekannt. Die Hersteller beziehen das Serum aus dem Ausland.

Das lukrative Geschäft mit dem Kälberserum

Der Bedarf an Nährmedien für Zell- und Gewebekulturen und damit auch an Kälberserum ist groß und steigt stetig, da die In-vitro-Forschung (in vitro = „Forschung im Reagenzglas“) immer mehr an Bedeutung gewinnt. Der weltweite Jahresbedarf liegt bei etwa 800.000 Litern fetalem Kälberserum. Das bedeutet, dass nach einer Schätzung der European Biomedical Research Association 1 – 2 Millionen Kälber pro Jahr qualvoll sterben müssen (5). Pro Kalb wird ca. ein halber Liter Blut gewonnen. Die Herkunft des Kälberserums bestimmt dabei ebenso den Preis wie die momentane Nachfrage. Serum aus Neuseeland oder Australien ist besonders teuer, da das Blut der Inselkühe frei von Seuchen wie Maul- und Klauenseuche ist. Die Preise pro Liter FKS können deshalb von 100 Euro bis zu mehreren Tausend Euro schwanken (6).

Die hohe Nachfrage von Kälberserum und die Möglichkeit, damit Geld zu verdienen haben in der Vergangenheit immer wieder zu kriminellen Machenschaften geführt. Zum Beispiel wurde die Herkunft des Serums umgewidmet - FKS aus Südamerika, wo es häufiger Seuchen gibt und die Schlachthygiene schlecht ist, wurde zu FKS aus Frankreich umgewidmet - oder das Kälberserum wurde durch Zusatz von synthetischen Stoffen oder Serum von erwachsenen Kühen gestreckt (6,7,8).

Warum FKS genutzt wird und warum seine Nutzung gestoppt werden muss

Fetales Kälberserum findet sowohl Anwendung als Nährmedium als auch bei der Kryokonservierung (Kältebehandlung) von Zellen. Zudem eignet es sich als Nährmedium, da es ein breites Spektrum an Makromolekülen, Transportproteinen für lipoide Substanzen und Spurenelemente, Bindungsproteinen und Anheftungsfaktoren, niedermolekularen Nährstoffen, sowie an Hormonen und Wachstumsfaktoren bietet.

• Durch eine mögliche Kontamination des Serums mit Krankheitserregern, in Abhängigkeit von der Herkunft, kann es zu einem verlangsamten Wachstum der Zellkultur kommen bis hin zu ihrem Absterben.
• Durch eine fehlende Standardisierbarkeit bedingt durch Schwankungen in der Zusammensetzung und mögliche Verunreinigungen durch Mikroorganismen wie Bakterien bzw. Viren oder Prionen, ist Kälberserum kein ideales Nährmedium und schlecht reproduzierbar (5).
• Im schlimmsten Fall kann es zu einer gesundheitlichen Gefährdung von Patienten kommen, wenn das Kälberblut mit Krankheitserregern kontaminiert wurde und Bestandteile, die mit einem infizierten Serum in Berührung gekommen sind, in die Medikamentenproduktion gelangen (7).
• Auch können wissenschaftliche Ergebnisse verfälscht werden, durch eine heterogene Zusammensetzung der Nährlösung. Die variierende Zusammensetzung kommt durch die unterschiedliche Herkunft der Mutterrinder und einer Nutzung verschiedener Rinderrassen und Weidegründe zustande. Ferner stammen die Tiere aus verschiedenen Ländern und sind mit unterschiedlichen Umweltbedingungen konfrontiert.
• Doch der wichtigste Grund, weshalb auf den Gebrauch von fetalem Kälberserum verzichtet werden sollte, ist, dass die Gewinnung mit erheblichem Leid und von Millionen Kälberfeten einhergeht. Anhand wissenschaftlicher Studien ist davon auszugehen, dass Feten ein Schmerzempfinden haben (2,3). Selbst die EU-Tierversuchsrichtlinie schließt Feten von Säugetieren im letzten Drittel der Schwangerschaft mit ein, da diese „einem erhöhten Risiko ausgesetzt sind, Schmerzen, Leiden und Ängste zu empfinden“ (9). Um das millionenfache Leid der Tiere nicht zu unterstützen, sollte also auf tierfreie Nährmedien zurückgegriffen werden. Ferner ist das fetale Kälberserum ein Nebenprodukt der Rindfleischindustrie. Die Nutzung des FKS kann somit ethischen Ansprüchen nicht genügen.

FKS-freie Nährmedien

Tierfreie Nährmedien sind ethisch unbedenklich, da sie kein Tierleid verursachen. Serumfreie Nährmedien haben darüber hinaus eine exakt definierte Zusammensetzung und sind steril. So ist es möglich, kontrollierte und reproduzierbare Kultivierungsbedingungen zu schaffen und es droht keine Übertragung von Krankheitserregern. Allgemein unterscheidet man 4 Arten von Nährmedien:

• Medien mit tierischem Serum (Fetales Kälberserum)
• Medien mit humanem Serum (tier-serumfrei)
• serumfreie Medien und
• serum- und proteinfreie Medien.

Schwerpunktmäßig soll hier auf das humane Blutplättchen-Lysat (hPL) eingegangen werden, welches zu den tier-serumfreien Nährmedien gehört. Da es sich um humanes Serum handelt, ist es als Nährmedium für ebenfalls humane Zellen besser geeignet. Es ist zudem reich an spezifischen Wachstumsfaktoren. Die Herstellung erfolgt aus humanen Thrombozytenextrakten, gewonnen aus dem Buffy Coat, der als Abfallprodukt in Blutspendezentralen anfällt und gestaltet sich sowohl kostengünstig als auch unkompliziert (10). Abgelaufene Blutspenden werden normalerweise weggeworfen. Zu hPL verarbeitet, könnten sie weiter Leben retten - das von ungeborenen Kälbern. Durch hPL könnten große Teile des globalen Bedarfs an tier-serumfreien Nährmedien gedeckt werden. Die enthaltenen Wachstumsfaktoren sind jenen des fetalen Kälberserums überlegen. Es ist zudem von großer Bedeutung für das Wachstum humaner mesenchymaler Stammzellkulturen (11). Durch gepoolte humane Spendereinheiten ist die Variation der Zusammensetzung extrem gering, was eine gute Reproduzierbarkeit der Nährlösungen und ein gleichmäßiges Wachstum von Zellkulturen ermöglicht. Zudem ist das Blut der Spender im Vorfeld auf Krankheitserreger untersucht worden, sodass eine Übertragung von Erregern ausgeschlossen ist. Nachteilig ist jedoch, dass sich die Zellen erst an das Nährmedium anpassen müssen und zur Verhinderung einer Koagulation Heparin zugesetzt werden muss, das überwiegend aus der Darmschleimhaut von Schweinen gewonnen wird. Jedoch kann hier auf synthetisches Heparin zurückgegriffen werden.

Eine weitere Alternative zum fetalen Kälberserum stellen Humanseren, wie das Human AB Serum (HABS) dar. AB-Serum ist ein antikörperfreies, humanes Serum der Blutgruppe AB. HABS unterstützt die Vermehrung humaner Osteoblasten, Chondrozyten, Knochenmarkszellen, Endothelzellen und Krebszellen (insbesondere Gliome, Melanome). Humanserum bestehen ausschließlich aus humanem Material (12). Daher ist es für die Kultivierung humaner Zellen besser geeignet als FKS, da weder Serum noch die zu kultivierenden Zellen unterschiedlichen Spezies angehören. In vitro (im Labor) werden die gleichen physiologischen und natürlichen Bedingungen hergestellt, welche die Zellen auch in vivo (im Körper) vorfinden. Humanes Serum eignet sich besonders für die Zellkultur im Bereich der Zell- und Immuntherapie oder des Tissue Engineerings (Gewebezüchtung), bei denen Komponenten tierischer Herkunft nicht erwünscht sind. Humanseren werden wie das hPL aus abgelaufenen Blutspenden hergestellt und sind in großer Menge verfügbar.

Der dänische Verein Danish Laboratory Protection Society stellt auf einer Homepage eine Liste von Firmen bereit, die serumfreie Nährmedien anbieten (13).

Warum gestaltet sich der Umstieg von FKS auf FKS-freie Nährmedien so schwer?

FKS-Medien werden zum großen Teil in der In-vitro-Forschung eingesetzt, d.h. von jenen Wissenschaftlern, die ohne Tierversuche forschen. Woran liegt es, dass ausgerechnet solche Forscher, die sich aus ethischen oder wissenschaftlichen Gründen vom Tierversuch verabschiedet haben, auf Kälberserum zurückgreifen? Ein Problem ist, dass sich die Zellen der Zellkulturen erst an das neue Nährmedium anpassen müssen. Während dieser Anpassungsphase, die je nach Zelltyp variiert, entstehen Wachstumseinbußen, die für die Labore und Institute Kosten verursachen können. Jedoch würde sich dieser Zustand maximal über einige Wochen erstrecken. Hinzu kommt, dass viele Labore unzureichend über den Gebrauch von Alternativnährmedien zum fetalen Kälberserum aufgeklärt sind und gerne auf Altbewährtes zurückgreifen, denn seit den 60er Jahren gilt das fetale Kälberserum als Goldstandard. Zudem würde die Nutzung von anderen Nährmedien aufgrund eines veränderten Wachstumsverhaltens eine Variable in die Versuchsdurchführung einbringen, welche die meisten Forscher nicht in Kauf nehmen möchten. Es bedarf eines Umdenkens in der Wissenschaft, um das Leid der Kälber nicht weiter zu unterstützen.

Fazit

Der Umstieg auf Nährmedien ohne fetales Kälberserum muss umgehend erfolgen, da seine Verwendung weder ethisch noch wissenschaftlich zu rechtfertigen ist. Tierleidfreie Nährmedien sind längst vorhanden – nun muss von diesen Gebrauch gemacht werden, um eine Forschung nach ethischen Grundsätzen voran zu treiben. 

Julia Schulz, Tierärztin
Stand: 28. August 2017

Bezugsquellen für FKS-freie Nährmedien:

GoodCellCulture.dk >>

FKS-Datenbank (ein Projekt von 3Rs-Centre Utrecht Life Sciences und Animal Free Research UK) >>

Quellen:

(1) Caroline Rauch at al.: Alternatives to the Use of Fetal Bovine Serum. ALTEX 2011: 28, 4/11; S. 305-316

(2) EFSA erklärt Tierschutz - Erkenntnisse zum Tierschutz bei der Schlachtung tragender Tiere, 2017 http://www.efsa.europa.eu/sites/default/files/corporate_publications/files/animal-welfare-slaughter-170530-de.pdf

(3) Yanela G. Hernández, René W. Fischer: Serum-free Culturing of Mammalian Cells – Adaptation to and Cryopreservation in Fully Defined Media. ALTEX 2007: 24, 2/07; S. 110-116

(4) Riehn K, et al: Schlachtung gravider Rinder – Aspekte der Ethik und des gesundheitlichen Verbraucherschutzes. Tierärztliche Umschau 2011: 66; 391-405

(5) Gstraunthaler und T. Lindl: Alternativen zum Fetalen Kälberserum: Neuer Ansatz, neuer Anlauf, neue Hoffnung?, Medizinische Universität Innsbruck, August 2015 >>  

(6) M. Balser, Ch. Berndt, U. Ritzer: Nadel ins Herz. Süddeutsche Zeitung, 11. August 2015

(7) M. Balser, Ch. Berndt, U. Ritzer: Das schmutzige Geschäft mit dem Blut ungeborener Kälber. SZ.de, 10. August 2015

(8) Ch. Berndt, U. Ritzer: Doping in der Petrischale. Süddeutsche Zeitung, 10. November 2015

(9) Richtlinie 2010/63/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 22. Sept. 2010 zum Schutz der für wissenschaftliche Zwecke verwendeten Tiere

(10) Interview mit Ute Steinbusch (PL Bioscience, Aachen): „Extrem geringe Abweichung“, Laborjournal März 2016; S. 48

(11) Katharina Schallmoser, Dirk Strunk: Preparation of Pooled Human Platelet Lysate (pHPL) as an Efficient Supplement for Animal Serum-Free Human Stem Cell Cultures. Journal of Visualized Experiments 2009; DOI: 10.3791/1523; S. 1-4

(12) David Cánovas, Nigel Bird: Human AB serum as an alternative to fetal bovine serum for endothelial and cancer cell culture. ALTEX 2012: 29, 4/12; S. 426-428

(13) The Danish Laboratory Protection Society and The Alternative Fund: GoodCellCulture.dk

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