Experiment på djur har varit föremål för kritik i årtionden, men det finns ingen möjlighet att flytta ifrån dem någon gång snart. Antalet tester med försöksdjur har faktiskt ökat. Nu, forskare har hittat ett alternativt tillvägagångssätt:de hoppas att sensornanopartiklar kommer att minska behovet av djurförsök.

Otaliga möss, råttor och kaniner dör varje år i vetenskapens namn - och situationen förvärras. Medan tyska laboratorier använde cirka 2,41 miljoner djur för vetenskaplig forskning 2005, 2009 hade detta antal ökat till 2,79 miljoner. En tredjedel var avsedd för grundläggande biologisk forskning, och majoriteten användes för att undersöka sjukdomar och utveckla medicinska föreningar och anordningar. Folk kräver mediciner som är säkra och behandlingar som är acceptabla, men knappast någon är glad att acceptera behovet av djurförsök. Det är därför forskare har spenderat år på att leta efter metoder som kan ersätta dem. Nu har forskare vid Fraunhofer Research Institution for Modular Solid State Technologies EMFT i München hittat ett alternativ:de hoppas kunna använda nya nanosensorer för att minska antalet experiment som utförs på djur. ”Vi använder i princip ett provrör för att studera effekterna av kemikalier och deras potentiella risker. Vad vi gör är att ta levande celler, som isolerades från mänsklig och animalisk vävnad och odlades i cellkulturer, och utsätta dem för det ämne som undersöks, ”Förklarar doktor Jennifer Schmidt från EMFT. Om en given koncentration av ämnet är giftigt för cellen, det kommer att dö. Denna förändring av ”välbefinnande” kan synliggöras av sensor-nanopartiklarna som utvecklats av Dr Schmidt och hennes team.

Celler - de minsta levande varelserna - som är friska lagrar energi i form av adenosintrifosfat (ATP). Höga nivåer av ATP indikerar höga nivåer av metabolisk aktivitet i celler. Om en cell är allvarligt skadad, det blir mindre aktivt, lagrar mindre energi och producerar följaktligen mindre ATP. ”Våra nanosensorer tillåter oss att upptäcka adenosintrifosfat och bestämma cellernas hälsotillstånd. Detta gör det möjligt att bedöma de cellskadliga effekterna av medicinska föreningar eller kemikalier, Säger Schmidt.

För att nanopartiklarna ska registrera ATP, forskare ger dem två fluorescerande färgämnen:ett grönt indikatorfärgämne som är känsligt för ATP, och ett rött referensfärgämne som inte ändrar färg. Nästa, forskarna introducerar partiklarna till levande celler och observerar dem under ett fluorescensmikroskop. I vilken grad partiklarna lyser beror på mängden närvarande ATP. Ju mer gult är synligt i överlagringsbilden, desto mer aktiva är cellerna. Om deras hälsa försämrades, överlagringsbilden verkar mycket rödare. ”Vi kan i framtiden använda cancerceller för att testa effektiviteten hos nyutvecklade kemoterapimedel. Om nanosensorerna upptäcker en låg koncentration av ATP i cellerna, vi vet att den nya behandlingen antingen hämmar tumörcellstillväxt eller till och med dödar dem, Säger Schmidt. "De mest lovande agenterna kunde sedan studeras vidare."

EMFT -forskarnas nanopartiklar är extremt väl lämpade för uppgiften:de är inte giftiga för celler, de kan enkelt passera genom cellmembran, och de kan till och med riktas till specifika punkter där effekten av testämnet är av största intresse. Men innan denna procedur kan tillämpas, det måste först godkännas av tillsynsmyndigheterna - så EMFT -experterna har en lång resa framför sig för att få godkännanden från olika officiella organ. Den här utsikten har inte, dock, stoppade forskarna från att förfina tekniken och komma med nya applikationer för den - till exempel för att testa kvaliteten på förpackat kött och dess lämplighet för konsumtion. För detta ändamål har de utvecklat nanosensorer som kan bestämma koncentrationer av syre och giftiga aminer.