Die Gehirne nicht-humaner Primaten sind denen der Menschen hinsichtlich ihrer Struktur und Funktion bereits sehr ähnlich, so dass Erkenntnisse aus Versuchen an nicht-humanen Primaten am besten auf die Situation beim Menschen übertragen werden können. Insbesondere der temporale, parietale und präfrontale Kortex von nicht-humanen Primaten ist dem des Menschen deutlich ähnlicher, als der von Nagetieren. Zu den nicht-humanen Primaten zählen zum Beispiel Makaken und Marmosetten. Versuche mit Menschenaffen, wie Schimpansen, dem Lebewesen, das dem Menschen genetisch am ähnlichsten ist, sind in Europa, und damit auch in Deutschland, grundsätzlich verboten.

Im Rahmen der Forschungsprojekte am Ernst Strüngmann Institut wird ein Spektrum an unterschiedlichen Methoden eingesetzt, darunter zum Beispiel Computersimulationen, Organoide, sowie nicht-invasive, bildgebende Verfahren wie EEG, MEG und MRT bei Menschen. Diese Methoden haben jedoch klare Grenzen. Um zum Beispiel die Verarbeitung von (Sinnes)Reizen im Gehirn und damit grundlegende Fragen der Wahrnehmung, der Informationsverarbeitung sowie möglicher Störungen zu erklären, ist es nach wie vor erforderlich, invasive Messungen an Neuronen im Gehirn vorzunehmen. Gerade für die Erforschung komplexer neuronaler Zusammenhänge sind Tierversuche deshalb nach wie vor unersetzlich. Perspektiven, die Anzahl von Tierversuchen weiter zu reduzieren, entstehen mit der Nutzung von Organoiden, einer Methodik, die derzeit ebenfalls am Ernst Strüngmann Institut etabliert wird. Vollständig ersetzen kann man die Tierversuche aber auch mit der Forschung an Organoiden nicht. Die Technologie der Hirnforschung entwickelt sich ständig weiter. Am Ernst Strüngmann Institut verfügen wir über eine beeindruckende Palette modernster Technologien. Dazu gehören Gehirnelektroden der neuesten Generation, Miniaturgeräte für drahtlose Gehirnaufzeichnungen, Virtual Reality für Nagetiere und Primaten sowie Zwei-Photonen-Mikroskope. Unsere Forschung ist nicht in der Vergangenheit verhaftet, sondern wird kontinuierlich durch aufeinanderfolgende Generationen junger, innovativer Forscher:innen erneuert.

Organoide sind, vereinfacht gesagt, wenige Millimeter große Miniorgane, die man aus Stammzellen gewinnen kann. Dazu können embryonale Stammzellen, iPS-Zellen oder auch adulte Stammzellen eingesetzt werden. Als Stammzellen bezeichnet man Zellen, die noch nicht auf eine Funktion im Organismus festgelegt sind. Sie können sich sozusagen im Laufe ihrer Entwicklung spezialisieren und zum Beispiel eine Muskel-, Haut- oder Nervenzelle werden.

So ist es auch möglich, aus Stammzellen Hirn-Organoide zu erzeugen. Damit entstehen quasi einfache, dreidimensionale Gewebemodelle, an denen man in-vitro Aspekte der Organentwicklung und -funktion erforschen kann. Für die Beantwortung bestimmter Fragestellungen sind sie besser geeignet als bisherige 2D-Gewebemodelle oder Tierversuche. Die Forschung an Organoiden trägt so unter anderem dazu bei, Tierversuche zu reduzieren. Aber auch ihr Einsatz hat Grenzen: Ihnen fehlen wichtige Strukturen ihrer Organvorbilder, wie zum Beispiel die Blutgefäße zur Nährstoffversorgung oder auch Immunzellen, so dass sie nur wenige Millimeter groß werden können. Dadurch sind die Organoide deutlich weniger komplex als ein vollständig entwickeltes Organ. Sie stellen nur einzelne Zellverknüpfungen dar, die nicht ausreichen, um zum Beispiel die Reizverarbeitung im Gehirn oder Fragen nach den Grundlagen kognitiver oder exekutiver Funktionen zu beantworten.

Organoide sind deshalb geeignet, um frühe Stadien der Hirnentwicklung in vitro zu untersuchen. Sie eignen sich jedoch nicht zur Untersuchung integrierter Hirnfunktionen, weil diese vom Zusammenwirken einer Vielzahl von Hirnstrukturen abhängen. Dieses Zusammenspiel lässt sich in vitro, also außerhalb eines lebendigen Organismus, mithilfe von Organoiden nicht einmal in einfachsten Ansätzen nachbilden.

Neben den Chancen, die sich durch die Forschung an Organoiden ergeben, entstehen auch neue ethische Fragestellungen, die nicht leicht zu beantworten sind. Prof. Wolf Singer hat die Diskussion als Mitglied der Arbeitsgruppe „Hirn-Organoide“ der Leopoldina begleitet, die, als Nationale Akademie der Wissenschaften Deutschlands, dazu 2022 eine Stellungnahme abgegeben hat. Die Stellungnahme finden Sie hier: 2022_Leopoldina_Stellungnahme_Hirnorganoide_Web.pdf (externer Link).

Ja. Durch Erkenntnisse aus nicht-invasiven MRT-Untersuchungen, postmortaler Anatomie und klinischen Fällen wissen wir inzwischen Wichtiges über die Funktionsweise des menschlichen Gehirns, was uns die Gewissheit gibt, dass die Funktionen, die am Ernst Strüngmann Institut untersucht werden, bei Menschen und nicht-humanen Primaten gleichermaßen funktionieren. Untersuchungen zur Erfassung der neuronalen Aktivität erfordern es, direkt vom Gehirn aufzuzeichnen. Diese Untersuchungen können nicht am Menschen durchgeführt werden.

Tierversuche dürfen nur durchgeführt werden, wenn sie von den zuständigen Behörden genehmigt wurden. Im Falle des Ernst Strüngmann Instituts ist dies das Regierungspräsidium Darmstadt. Alle Schritte des Genehmigungsprozesses unterliegen den strengen Vorgaben des Tierschutzgesetzes und der Tierschutz-Versuchstierverordnung.

Im Genehmigungsantrag müssen die Wissenschaftler:innen den geplanten Versuch umfassend wissenschaftlich und ethisch begründen und erläutern, welche neuen Erkenntnisse damit gewonnen werden, dass die Fragestellung neu ist und nicht bereits geklärt wurde. Ebenso müssen sie insbesondere schlüssig darlegen, dass die Ergebnisse der Forschungsfrage nur mit einem Tierversuch erreicht werden können und es keine alternativen Methoden zur Erforschung der Fragestellung gibt. Zum Genehmigungsantrag gehört auch die Stellungnahme des/der zuständigen Tierschutzbeauftragten.

Die Behörde überprüft die Vollständigkeit des Antrages und die Nachvollziehbarkeit des Forschungsprojektes. Dabei wird sie von einer unabhängigen beratenden Kommission unterstützt, der sogenannten §15- oder Tierversuchskommission. Die Kommission setzt sich aus Tierärztinnen und Tierärzten, Ärztinnen und Ärzten und Forschenden zusammen, sowie zu mindestens einem Drittel aus Mitgliedern, die von Tierschutzorganisationen berufen wurden. Die Kommission berät die Behörde bei der Entscheidung über einen Antrag, indem sie eine Empfehlung abgibt. Innerhalb von 40 Tagen soll der Genehmigungsprozess laut Gesetz abgeschlossen sein. Die Behörde wird, wenn alle Voraussetzungen inklusive der ethischen Begründung zufriedenstellend erfüllt sind, den Tierversuch (mit oder ohne Auflagen) genehmigen. Die Behörde kann den Antrag auch ablehnen, oft wird sie aber von den Forschenden zunächst Änderungen am Antrag verlangen. Zwischengeschaltet ist immer die/der Tierschutzbeauftragte, der den Antrag bereits im Vorfeld geprüft hat. Rückfragen der Behörde muss der Antragstellende nachvollziehbar beantworten. Die Behörde hat auch die Möglichkeit, die Erteilung der Genehmigung an Bedingungen zu knüpfen, etwa, eine weniger belastende Untersuchungsmethode zu wählen oder die Anzahl der Tiere zu reduzieren. Eine tatsächliche Ablehnung des Antrages erfolgt in der Regel nur dann, wenn der Antragstellende die Rückfragen nicht zufriedenstellend beantwortet oder die an ihn gestellten Auflagen aus logistischen, infrastrukturellen oder wissenschaftlichen Gründen nicht einhalten kann.

Weder noch: Tiere, die für Versuche eingesetzt werden sollen, müssen entsprechend §9 Tierschutzgesetz speziell dafür gezüchtet werden. Die Vorgaben für die Herkunft nicht-humaner Primaten wurden zuletzt 2010 (RL 2010/63/EU) noch verbessert, um zu gewährleisten, dass die Primaten aus etablierten Zuchtkolonien kommen.

Wichtig zu wissen ist, dass Tiere, sobald sie in einem genehmigten Forschungsprojekt eingebunden sind, nicht automatisch auch täglich in Versuchen eingesetzt werden. In der Regel gibt es zunächst eine Phase, in der die Tiere mit der Versuchsaufgabe vertraut gemacht werden. Dies erfolgt, zumeist über mehrere Wochen, mithilfe moderner Trainingskonzepte, bei deren Entwicklung und Umsetzung uns auch externe Experten unterstützen.

Hinsichtlich der Versuche werden die maximalen Einsatzzeiten der Tiere bereits im Genehmigungsverfahren festgelegt. In der Regel sind die Tiere an einem Tag nicht mehr als drei Stunden im Training oder Versuch integriert. Grundsätzlich sind die Trainings-/Versuchssitzungen sofort zu unterbrechen, wenn ein Tier Unbehagen zeigt.

Im Rahmen der Versuche lösen die Tiere Aufgaben, auf die sie im Vorfeld über einen längeren, zum Teil mehrmonatigen Zeitraum trainiert werden. Die Versuchsdurchführenden verwenden positive Verstärkung, um den Tieren anzuzeigen, wenn sie eine korrekte Handlung ausführen. Diese positive Verstärkung besteht aus Belohnungen in Form von bevorzugtem Nassfutter oder zum Beispiel auch in Form von Fruchtsäften oder Sojamilch. Unsere Philosophie ist es, das Training regelmäßig durchzuführen und die Tiere daran zu gewöhnen, ihren Flüssigkeits- oder Nahrungsbedarf primär innerhalb der Trainingszeiten zu decken, ähnlich wie bei regelmäßigen Mahlzeiten.

Das ist wichtig zu wissen, um zu verstehen, dass die Tiere nicht durch Wasser- und Nahrungsentzug zur Teilnahme an den Versuchen gezwungen werden. Wenn ein Tier die Aufgabe nicht erfüllt oder sich einfach weigert, daran teilzunehmen, erhält es immer die erforderliche und ausgewogene Versorgung an Getränken und Futter.

Am Ernst Strüngmann Institut lösen die Tiere im Rahmen der Versuche unterschiedliche Aufgaben. Nicht für jeden Versuch sind Implantate erforderlich, daher sind auch nicht alle der in der Tierhaltung befindlichen Tiere implantiert.

Bezüglich der Implantate unterscheidet man sogenannte Headposts und sogenannte Ableitkammern.

Die Nutzung von Headposts ist zum Beispiel bei Eye-Tracking-Untersuchungen erforderlich: Um verwertbare Ergebnisse zu gewinnen, muss das Tier den Kopf während der Untersuchung möglichst ruhig halten. Sein Kopf wird dazu über die Dauer des Versuchs mithilfe des Headposts fixiert. Der Headpost ist kein Implantat im klassischen Sinne: Er wird in einer Operation unter Vollnarkose auf der Schädeldecke des Tieres angebracht.

Eine Ableitkammer wird gesetzt, wenn im Rahmen eines genehmigten Tierversuchs invasive Messungen an den Neuronen im Gehirn erforderlich sind. Dazu wird innerhalb einer Operation unter Vollnarkose an einer zuvor genau definierten Stelle eine Ableitkammer implantiert. Sie umschließt dann einen offenen Zugang zum Gehirn, der ebenfalls innerhalb der Operation gelegt worden ist.

Im Versuch erfolgen die neuronalen Messungen über hauchfeine Elektroden, die über diesen Zugang für das Tier schmerzfrei in das Gehirn eingeführt werden können. Die Ableitkammer bietet, solange das Tier im Versuch eingebunden ist, Schutz vor Infektionen.

Das Setzen der Implantate erfolgt in einer Operation unter Vollnarkose, die mit postoperativen Schmerzen verbunden ist. Für eine solche Operation werden im Bedarfsfall hocherfahrene Neurochirurgen unterstützend hinzugezogen. Darüber hinaus werden die Tiere auch im Nachgang der Operation durchgängig tierärztlich betreut und mit Schmerzmitteln versorgt.

Die Implantate werden für jedes Tier individuell und hinsichtlich ihres Gewichts, ihrer Größe und Form in ergonomischer Passform angefertigt. Aufgrund seiner hohen Bioverträglichkeit sowie seiner Leichtigkeit wird Titan, wie auch in der Humanmedizin, als Werkstoff für die Implantate eingesetzt. Nimmt ein Tier nicht mehr an entsprechenden Versuchen teil, werden die Implantate, insofern keine anderweitigen Gründe dagegen sprechen, unter Vollnarkose entfernt.

In aller Regel heilen die OP-Wunden schnell und zuverlässig ab, so dass die Implantate für das Tier beschwerdefrei sind. In seltenen Fällen treten Entzündungen am Implantat-Rand auf. Dies kann zum Beispiel vorkommen, wenn sich die Tiere dort kratzen. Deshalb finden bei allen Tieren tägliche Kontrollen und im Bedarfsfall unmittelbare Maßnahmen zur Wundpflege statt.

Kranke Tiere werden in ihrer gewohnten Umgebung oder, falls erforderlich, auch in einer spezialisierten Tierklinik medizinisch versorgt. Dem ESI stehen außerdem mehrere sehr erfahrene Fachtierärzte zur Verfügung. Sie behandeln Erkrankungen unterschiedlichster Genese. So zum Beispiel etwa auch typische Alterserscheinungen, wie arthritische Knochen- oder Gelenksbeschwerden bei Makaken, die auftreten können, weil die Tiere in der Tierhaltung im Schnitt älter werden, als in freier Wildbahn.

In Krankheitsfällen oder bei Beschwerden, die über Befindlichkeitsstörungen hinausgehen, werden die Tiere zur Befundung in eine externe Tierklinik gebracht und dort von weiteren Spezialisten untersucht. Auf Basis ihrer Diagnosen können dann unmittelbar individuelle Therapiemaßnahmen eingeleitet werden.

Leider ist nicht immer eine Heilung möglich, etwa im Falle von Krebserkrankungen, die, wie bei Menschen mit zunehmendem Alter auch bei den Tieren häufiger auftreten können und dann meist im Rahmen allgemeiner Untersuchungen entdeckt werden.

Wie in einer Haustierarzt-Praxis, muss dann manchmal die Entscheidung getroffen werden, ein Tier zu einzuschläfern, um weitere Schmerzen, Leiden und Schäden zu verhindern. Diese schwerwiegende Entscheidung wird für jedes betroffene Tier individuell bewertet und sorgsam abgewogen.

Verstirbt ein Tier, wird es zu einer unabhängigen pathologischen Einrichtung verbracht. Diese ermittelt die konkrete Todesursache und untersucht den Allgemeinzustand des Tieres. Die Ergebnisse werden in einem unabhängigen Bericht dokumentiert, der nicht nur an das ESI, sondern auch an die zuständige Aufsichtsbehörde übermittelt wird. Hierbei wird gleichzeitig überprüft, ob sich die Befundung bestätigt und ob die Entscheidungsfindung des ESI-Tierarztteams korrekt war. Hier wurde bisher nichts beanstandet.