Bis heute existiert keine validierte Alternativmethode, die im Rahmen der Risikobewertung von Chemikalien und Arzneistoffen sowie der toxikologischen Sicherheitsprüfung von Kosmetika den Augenirritations-Test nach Draize am lebenden Kaninchen vollständig ersetzen kann. Für Substanzen mit starkem Augenirritations-Potential kann die Toxizität anhand verschiedener, validierter in vitro Assays im Rahmen einer abgestuften, von der OECD empfohlenen Teststrategie mit hoher Genauigkeit erfasst werden (BCOP-Assay, ICE-Methode). Substanzen mit sehr mildem Augenirritations-Potential können zukünftig möglicherweise durch kommerziell erhältliche, dreidimensionale Cornea-Epithelmodelle identifiziert werden, die sich momentan in der Validierung befinden (EpiOcularTM Modell, SkinEthik HCETM Modell). Dagegen muss insbesondere die Lücke im Bereich der milden bis moderaten Augenirritation durch neue Alternativmethoden geschlossen werden. Die Überprädiktivität/ hohe Sensitivität der dreidimensionalen Epithelmodelle sowie die Forderung nach einem mechanistischen Ansatz, der die Tiefe der cornealen Verletzung durch toxische Substanzen berücksichtigt und damit ermöglicht, die gesamte Bandbreite an Schweregraden okulotoxischer Reaktionen abzudecken (Jester et al., 2001), erfordert die Einbeziehung weiterer cornealer Schichten, Stroma und Endothel, in ein organotypisches in vitro Modell der Cornea. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, ein solches, von Zorn-Kruppa et al. etabliertes Komplettmodell der Cornea aus drei humanen, SV40-immortalisierten Zelllinien hinsichtlich des Kulturmediums zu optimieren und diese Endothel (EC)-, Keratocyten (HCK)- und Epithel (HCE)-Zelllinie an ein gemeinsames, möglichst serumfreies Wachstumsmedium zu adaptieren. EC und HCK wurden zudem in Abhängigkeit von Art und Serumgehalt des Kulturmediums hinsichtlich der Frage, ob die organotypischen Merkmale der primären Zellen trotz der SV40-Immortalisierung erhalten geblieben sind, charakterisiert. Die EC-Zelllinie wurde auf ihre Fähigkeit zur interzellulären Kontaktinhibition untersucht, welche nach dem Erlangen der zellulären Konfluenz die Vorraussetzung zur Ausbildung und Aufrechterhaltung eines organotypischen Endothel-Monolayers darstellt (Joyce et al., 2002). Die Keratocytenzelllinie HCK wurde in Monolayer-Kultur und nach Einbettung in die collagenöse Matrix des Stroma-Äquivalents phänotypisch und funktionell sowie in Abhängigkeit von Serum und Wachstumsfaktoren charakterisiert. Insbesondere wurde die Transformation der HCK in fibrotische Phänotypen nach Stimulation mit TGF beta untersucht, welche in vivo an cornealen Wundheilungsreaktionen beteiligt sind (Fini und Stramer, 2005, Jester et al., 1999).
Risk-IT integriert Expertenwissen aus vorangegangen systemtoxikologischen Projekten mit innovativen in vitro Technologien (High Content Screening, Metabolomics) und reversem Physiologie-basiertem pharmakokinetischen (PBPK) Modelling, um den noch ungedeckten Bedarf an tierversuchsfreien Ansätzen zur Vorhersage systemischer Toxizität zu adressieren. Mit dem Fokus auf der Niere als ein wichtiges, exemplarisches Zielorgan für toxische Wirkungen von Fremdstoffen zielt Risk-IT darauf ab, einen Nachweis der Machbarkeit (Proof-of-Concept) für die erfolgreiche Integration neuer Mechanismus-basierter in vitro Methoden und toxikokinetischer Modellierung in eine mehrstufige, für regulatorische Entscheidungen geeignete Tests Strategie zu erbringen. Durch die Entwicklung neuer in vitro Assays mit hoher Prädiktivität für nephrotoxische Wirkungen von Chemikalien und Arzneistoffen nimmt Risk-IT unmittelbar Einfluss auf das 3R-Prinzip (replace, reduce, refine, auf Deutsch vermeiden, verringern, verbessern). Entsprechend dem 'Adverse Outcome Pathway' (AOP) Konzept der OECD werden basierend auf systemtoxikologischen Daten Schlüsselereignisse, die zu Nephrotoxizität führen, identifiziert und als Basis für die Entwicklung neuer, zellbasierter High-throughput Screening (HTS) Assays in humanen Nierenzellen herangezogen. Die entwickelten Assays werden gemeinsam mit einem offenen, LC-MS basierten in vitro Metabolomics Ansatz genutzt, um für einige gut-charakterisierte nephrotoxische Verbindungen Konzentrations-Wirkungs-Beziehungen aufzustellen und jeweils die höchste Konzentration ohne Wirkung (no-observed-effect concentration, NOEC) abzuleiten. Durch quantitative in vitro-in vivo Extrapolation wird eine der NOEC entsprechende orale Dosis als Ausgangspunkt für die Risikobewertung ermittelt. Die basierend auf in vitro Daten erhobene Risikobewertung wird mit konventionellen Methoden verglichen, um einen Machbarkeitsnachweis zu erbringen und mögliche Stärken und Schwächen aufzuzeigen.
Zielsetzung: - Praxisnahe Erprobung und Entwicklung naturschutzfachlich optimierter Produktions- und Anbauverfahren unter Berücksichtigung gesamtbetrieblicher Gesichtspunkte (pflanzenbauliche, tiernährerische, logische und ökonomische); - Naturschutzfachliche Ziele: Langfristig geeignete Lebensbedingungen für Tiere und Pflanzen zu schaffen, die auf landwirtschaftliche Nutzung angewiesen sind; - Betriebswirtschaftliche Aspekte: Untersuchung und Bewertung der Möglichkeiten und Konsequenzen der naturschutzfachlich optimierten Produktionsverfahren aus einzelbetrieblicher Sicht mit Hilfe von MODAM.