Projekt Cell Painting

Um Tierversuche zu reduzieren, zu verfeinern oder zu ersetzen (3R-Prinzip), entwickeln Forschende am Fraunhofer ITEM neue methodische Ansätze – sogenannte »New Approach Methodologies« (NAMs) –, um potenzielle toxische Wirkungen von chemischen Verbindungen und Prozessen zu charakterisieren. Mithilfe eines leistungsfähigen Werkzeugs – der Zellfärbungstechnologie »Cell-Painting« (CP) – können Forschende bereits in einem frühen Stadium eine Beeinträchtigung der Zellgesundheit nach einer Exposition gegenüber Stressfaktoren erkennen, wie sie z. B. durch Veränderungen im Zellstoffwechsel oder durch genetische Störungen verursacht wird. CP ist ein bildbasierter High-Content-Multiplex-Assay, bei dem verschiedene Zellkompartimente gleichzeitig mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen gefärbt werden. Mithilfe automatisierter Bildanalyse können mit CP mehr als 5000 Merkmale einer Zelle erfasst werden, die gemeinsam einen »zellulären Fingerabdruck« bilden. Dieser spiegelt verschiedene biologische Reaktionen wider, die durch schädliche Substanzen oder Prozesse ausgelöst wurden.

ITEM-Forschenden ist es gelungen, hochmoderne CP-Assays zu etablieren, die sowohl Laborarbeiten als auch anspruchsvolle computergestützte Analysen beinhalten. Auf der Grundlage der minimalen Substanzkonzentration mit erkennbaren Auswirkungen auf die Zellen sind die Forschenden nun in der Lage, den Beginn morphologischer Veränderungen zu bestimmen. Als nächstes ist geplant, die CP-Technologie mit verschiedenen Chemikalien anzuwenden und so deren spezifische Wirkmechanismen aufzudecken. Mit der CP-Methode hat das Fraunhofer ITEM einen weiteren strategischen Meilenstein auf dem Weg zur tierversuchsfreien Risikobewertung gesetzt.