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Alternatives to Animal Models in Biomedical Research – The Principles of 3Rs

 (derzeit nur online und in gekürzter Version, Details finden Sie hier)

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Überblick

Tierversuche spielen in der biomedizinischen und translationalen Forschung nach wie vor eine große Rolle. Aufgrund der begrenzten Übertragbarkeit und ethischer Bedenken einerseits sowie des starken technologischen Fortschritts andererseits rücken jedoch alternative Modelle immer mehr in den Fokus, um zentrale wissenschaftliche Fragestellungen zu beantworten.

Dieser 1-wöchige Kurs richtet sich an Promoviernede und führt entlang der 3R-Prinzipien "Replacement, Reduction, Refinement" in die aktuellen Entwicklungen auf diesem Gebiet ein. Dabei werden ein Überblick über innovative Forschungsansätze und Maßnahmen für das Wohl der Versuchstiere vermittelt sowie ethische Aspekte diskutiert.

Die einführenden Vorlesungen und Seminare zu ethischen Aspekten werden, wenn Präsenzveranstaltungen wieder möglich sind, gebündelt am ersten Tag der Kurswoche angeboten und können auch als Kurs “Animal Ethics and the 3Rs principles in Biomedical Research: Replace, Reduce, Refine” separat belegt werden.

Ablauf und Methodik

In Vorträgen und Hands-on-Sessions stellen (vor allem) Charité-Forschungsgruppen innovative Methoden wie 3D-(Bio-)Druck, Organoide oder In-Silico-Modellierung vor und zeigen, wie diese dazu beitragen können, den Tierverbrauch zu minimieren. Darüber hinaus diskutieren wir in interaktiven Seminaren ethische Aspekte, wie der Tierschutz in der biomedizinischen Forschung verbessert werden kann. Die Kurssprache ist englisch.

Zielgruppe

Dieser Kurs richtet sich in erster Linie an Promovierende. 
 

Kursdetails Teil I: Animal Ethics and the 3Rs principles in Biomedical Research

Einführung in die 3R-Prinzipien

Die Prinzipien der 3Rs: Replace, Reduce, Refine wurden erstmals 1959 von William Russell und Rex Burch eingeführt. Seitdem wurden diese Prinzipien zu einem zentralen Bezugspunkt, wenn es um Tierversuche geht. Neben ihrem Einfluss auf die Tierversuche wurden die 3R-Prinzipien auch in mehreren Gesetzen auf nationaler und internationaler Ebene umgesetzt. Die allgemeine Idee der 3Rs, ihre Geschichte und die heutige Situation in der Gesetzgebung und den regulatorischen Belangen werden in diesem Kurs vorgestellt.

3R und alternative Methoden aus der Sicht der Wissenschaft

Die 3R-Prinzipien sind nicht nur ein Instrument zur Gewährleistung des Tierschutzes in der biomedizinischen und translationalen Forschung, sondern spielen auch eine wichtige Rolle für die Forschungsqualität. Die Notwendigkeit, reproduzierbare und verlässliche Daten in der biomedizinischen Forschung zu generieren, kombiniert mit dem technischen Fortschritt der letzten Jahrzehnte, ermöglichte eine starke Verbesserung von Alternativmethoden. Gerade in der akademischen Forschung werden viele vielversprechende Techniken wie z.B. in vitro Methoden entwickelt, um biomedizinische Fragestellungen qualifiziert und menschennah zu beantworten. Die Chancen, aber auch Herausforderungen der Entwicklung und Etablierung neuer Modelle im akademischen Bereich werden in diesem Kurs diskutiert.

Ethik in der biomedizinischen Forschung: Verschwendung reduzieren, Wert steigern

In dem Vortrag werden die etablierten ethischen Rahmenwerke für die biomedizinische Forschung kurz vorgestellt. Das grundlegendste Element, das allen Rahmenwerken für Forschungsethik zugrunde liegt, ist der Wert der Forschung für Wissenschaft und Gesellschaft. Der Vortrag wird erläutern, warum die aktuelle Debatte über "Wertsteigerung, Abfallreduzierung in der biomedizinischen Forschung" auf bestimmte ethische Herausforderungen in der biomedizinischen Forschung hinweist, die allen relevanten Akteuren (Forschern, akademischen Einrichtungen, Geldgebern, Aufsichtsgremien, Patientenvertretern) zunehmend bewusst werden. Der Vortrag wird einen Ausblick darauf geben, wie die relevanten Stakeholder-Gruppen Politik und Praxis ändern könnten, um das Wertprinzip expliziter zu berücksichtigen.

Tierethik und Tierversuche

Sind Tierversuche ethisch gerechtfertigt? Bei der Diskussion dieser Frage argumentieren viele Wissenschaftler, dass Experimente für den medizinischen Fortschritt nützlich oder sogar notwendig sind. Was oft vernachlässigt wird, ist, dass dieses Argument Experimente nur dann rechtfertigen kann, wenn bestimmte Annahmen über den ethischen Status von Tieren getroffen wurden. Diese Annahmen sollen in diesem Kurs reflektiert und diskutiert werden.

Ethics of organoids and other humanized models

Every day, new scientific techniques and tools are encountered like human stem cells, gene-edited or not, used to generate human/animal chimeras. Growing human organs in animal hosts. Miniaturized organs (organoids) of virtually any tissue. Gene editing used to humanize the genetic composition of animals. Even other primates. Isn't this too much? 

Will the ethics debate around these model systems, for example, of informed consent for donors of human stem cells, limits of animal utilization, naturalness and species boundaries hinder progress and research? 

Or will this reflection add disruption to the innovation, value to the science? 

All these questions will be discussed in this session.

Kursdetails Teil II: Replace, Reduce, Refine

Replace:

3D bioprinting – chances and challenges in biomedical research

Das Bioprinting hat sich als ein leistungsfähiges Werkzeug im Bereich des Tissue Engineering etabliert, um gewebe- und organähnliche Strukturen durch präzise Anordnung von Zellen und Biomaterialien in einer räumlich vordefinierten Weise zu erzeugen. Aufgrund der maßgeschneiderten Parameter von Materialien und Druckbedingungen wird diese innovative Technologie zunehmend in einem breiten Spektrum von Life-Science-Anwendungen eingesetzt, wobei sie insbesondere in den medizinischen und pharmazeutischen Wissenschaften an Bedeutung gewinnt. Der Kurs informiert über das Potenzial, aber auch die Herausforderungen des Bioprinting, einschließlich der Technologien, Materialien und deren Anwendung.

3D printing supporting 3Rs principles in clinical education

3D-Druck bietet eine Vielzahl von Lösungen im Kontext der 3R-Prinzipien. Dieser Vortrag führt in die technologischen Grundlagen des 3D-Drucks ein und zeigt beispielhafte Anwendungen zur Reduzierung, Verfeinerung und zum Ersatz von Tierversuchen.

Organoids: a multi-faceted tool in regenerative medicine

Dieser interaktive Vortrag behandelt grundlegende Konzepte der Zell- und Entwicklungsbiologie, die notwendig sind, um die Prinzipien der Ableitung und Erhaltung von Organoiden zu verstehen, die menschlichem Gewebe ähneln. Die neuesten Fortschritte auf dem Gebiet der in vitro und ex vivo Organoid-Generierungstechniken werden diskutiert. Die weitreichenden Anwendungen von stammzellabgeleiteten Organoiden, die sich auf die Modellierung von Krankheiten und die personalisierte Medizin konzentrieren, werden besprochen. Der Vortrag schließt mit einer offenen Diskussion über Vorteile und Grenzen dieser in vitro Systeme im Lichte von in vivo Studien.

Primary human lung tissue and organoids for replacement of animal research

Die Verwendung von primärem humanem Material sowie von Organoiden für die ex vivo Krankheitsmodellierung unterstützt effizient die translationale Forschung und fördert das mechanistische Verständnis der menschlichen Lungenerkrankung. Der Kurs gibt einen Überblick über die Vorteile, Anwendungsgebiete und Grenzen dieser beiden Modelle. Praktisch werden humane Lungengewebeexplantate und Organoide mittels konfokaler und Live-Zell-Bildgebung phänotypisch charakterisiert.

Reduce:

In silico alternatives – virtual patients and virtual lab towards patient centric drug discovery

Das Thema Alternativen zu Tierversuchen ist immer stark mit der In-vitro-Toxikologie und Human-on-a-Chip-Plattformen verbunden. Die Bedeutung, das Potential und die aktuelle Umsetzung von in silico Methoden sind jedoch kaum bekannt, obwohl diese Methoden bereits einen wertvollen Beitrag zur Translation neuer Therapien leisten.

Ziel dieses Kurses ist es, die Vielfalt und Bandbreite der In-silico-Methoden vorzustellen, einschließlich Computer-Aided Drug Design (CADD), prädiktive Toxikologie und computergestützte Systempharmakologie sowie den Trend zu komplexen Systemen - virtuellen Patienten.

How can magnetic resonance imaging contribute to the 3Rs in animal research?

Dieser Vortrag gibt einen Überblick über die heute verfügbaren Kleintier-MRT-Methoden und den aktuellen Stand der Technik. Er wird sich darauf konzentrieren, wie die Bildgebung dazu beitragen kann, die Anzahl der Tiere durch longitudinale Studiendesigns zu reduzieren und die Tierforschung durch den Ersatz von invasiven histologischen Methoden durch nicht-invasive Bildgebung unter Narkose zu verfeinern.

The ex vivo model of the isolated perfused and ventilated mouse lung and other in vitro models in lung research

In diesem Seminar werden das Ex-vivo-Modell der isoliert perfundierten und ventilierten Mauslunge sowie weitere In-vitro-Modelle anhand von Beispielen aus der Lungenforschung vorgestellt. Es werden Vor- und Nachteile der Methoden aufgezeigt, um deren Eignung zur Reduzierung oder zum Ersatz von Tierversuchen für die Beantwortung spezifischer Forschungsfragen zu diskutieren.

Refine:

Animal Welfare I: Refinement

Das Refinement von Tierversuchen zielt darauf ab, Haltungsbedingungen oder experimentelle Verfahren so zu modifizieren, dass das Tierwohl verbessert wird. Da das Refinement bei Tierversuchen eine sehr wichtige Rolle spielt, aber der am meisten unterrepräsentierte Bereich der 3R bei den Förderern ist, hat Charité 3R in 2018 und 2019 finanzielle Unterstützung für die Verbesserung des Refinements an der Charité - Universitätsmedizin Berlin bereitgestellt. In diesem Kurs werden verschiedene Projekte aus der ersten Förderperiode vorgestellt, die sich mit der nicht-invasiven Messung der Temperatur oder des Herzzeitvolumens oder der stressfreien Überwachung des Gesundheitszustandes der Tiere beschäftigen.

Animal Welfare II: Animal Welfare Officers

In vielen Bereichen der biomedizinischen und translationalen Forschung spielen Tierversuche eine wichtige Rolle. Dennoch muss jedes Experiment, bei dem Tiere eingesetzt werden, unter Berücksichtigung eines breiten Spektrums von Aspekten, von der Statistik bis zum Tierschutz, geplant werden. Tierschutzbeauftragte begleiten die Forscher im Prozess von der Versuchsidee bis zur Durchführung. In diesem Kurs werden die verschiedenen Aufgaben und manchmal auch Herausforderungen der täglichen Arbeit von Tierschutzbeauftragten vorgestellt, die eine Brücke zwischen Gesetzgebung, Forschung und Tierschutz schlagen.