Warum führt man Versuche an Affen durch?

Warum werden gewisse Versuche an Affen durchgeführt?

Versuche an Affen werden grundsätzlich dann in Betracht gezogen, wenn es nicht möglich oder nicht erlaubt ist, andere Methoden anzuwenden. Es sind Fälle, in der die Forschung den Verhältnissen im menschlichen Körper so weit wie möglich nahekommen muss, eine Forschung am Menschen aber unter anderem aus ethischen Gründen nicht möglich ist. Es ist verboten, riskante Studien an Menschen durchzuführen. Nationale und internationale Gesetze regeln die Forschung an Menschen, zum Beispiel das Schweizer Humanforschungsgesetz oder die Deklaration von Helsinki, welche festhält, dass Forschung am Menschen gegebenenfalls auf Tierversuche beruhen soll. Dabei muss aber das Wohl der Tiere berücksichtigt werden.

Beispiele für diese erforderliche Nähe zum Menschen sind z.B. neurologische Probleme (Blindheit, Lähmungen, Parkinson oder Alzheimer Krankheit), spezielle Viren, welche nur Primaten betreffen (z.B. Zika, Ebola), Entwicklung von sensorischen oder motorischen Prothesen, Medikamenten und Impfungen (z.B. Covid-19), etc.

Welche Erfolge wurden dank Versuchen an Affen erzielt?

Die untenstehenden Beispiele zeigen Versuche an Affen, die zu einem therapeutisch-medizinischen Einsatz bei Menschen geführt haben. Diese Versuche konnten aus ethischen und gesetzlichen Gründen nicht direkt an Menschen getestet werden. In diesen Fällen waren Versuche an Affen notwendig, damit danach überhaupt kranke und verletzte Menschen behandelt werden durften. Und wer weiss, welche Therapien nach erfolgreicher Umsetzung in die Humanmedizin auch dereinst zur Behandlung von Haustieren eingesetzt werden können.

Querschnittlähmung
Im Jahr 2016 sorgte eine Meldung für Aufregung, dass Affen (Makaken) nach einer Rückenmarksschädigung wieder gehen konnten. Was nach Science-Fiction klang, wurde Realität: Eine Elektrode, die in das Hirn transplantiert wird, sendet diejenigen Signale an ein weiteres Implantat, die für die Bewegung der Muskeln im Bein wichtig sind. Der tierische oder – nach Einführung in die Humanmedizin – menschliche Patient kann seine Beine wieder bewegen. Warum funktioniert das? Bei einer Nervenverletzung im Rückenmark sind die normalen Verbindungen zwischen Hirn und Muskel durchtrennt, das Signal zur Bewegung aus dem Hirn kommt nicht mehr im Muskel an, der Patient ist gelähmt. Mit elektronischen Prothesen jedoch kann die Verletzung im Rückenmark überbrückt werden, die Signale aus dem Hirn kommen wieder im Muskel an, der Patient kann sich wieder bewusst bewegen.

Anschliessend an die Versuche an Affen wurde diese Therapie ebenfalls bei gelähmten Menschen angewendet, in der Hoffnung, dass auch diese wieder lernen können zu gehen. 2018 wurde tatsächlich die Meldung veröffentlicht, dass Patienten, die zum Teil schon Jahre lang auf den Rollstuhl angewiesen waren, dank der Stimulation durch die Implantate wieder die ersten Schritte machen konnten. Zwar noch mit Hilfe von Krücken und Rollator, aber doch immerhin ohne Rollstuhl.

Bereits 2012 konnte erfolgreich erreicht werden, dass eine Person, die unter dem «Locked-In» Syndrom litt, mithilfe von Gehirnelektroden lernte, einen Roboterarm zu bewegen. Beim Locked-In-Syndrom können die betroffenen Personen weder ihre Körper bewegen noch durch Sprache ihre Bedürfnisse zum Ausdruck bringen. Sie können so nicht mit der Aussenwelt kommunizieren und sind buchstäblich in ihrem Körper eingeschlossen. Testpersonen wurden Elektroden in den Bereich des Gehirns eingepflanzt, der für die Muskelbewegung im Körper zuständig ist. Diese Elektroden registrieren Hirnsignale und leiten diese an externe Computer weiter. Diese wandelten die Signale in Bewegungen eines Roboterarmes um. Der Arm reagierte dabei auf die Befehle rechts/links und hinunter/hinauf. Mit diesem Hilfsmittel konnte die Testperson an eine Bewegung denken, die sie gerne ausführen würde. Das Gehirn produziert dabei die entsprechenden Signale und durch die Verschaltung mit Computer und dem Roboterarm war es der Person tatsächlich möglich, durch «Gedankenkraft» diesen Roboterarm zu bewegen und dadurch eine Trinkflasche zu ihrem Mund zu bringen. Die Testperson war zum ersten Mal seit 15 Jahren wieder fähig, selbstständig einen Schluck Wasser zu trinken.

Dasselbe wäre voraussichtlich auch anwendbar bei tetraplegischen Patienten. Das Prinzip, dass diese Aktivierung von einem Roboterarm durch bewusste Gehirnsignale funktioniert, wurde ebenfalls zuerst in Makaken nachgewiesen, bevor dies bei Menschen angewandt wurde. Dass die Umsetzung von der Grundlagenforschung über präklinische Forschung bis zur Umsetzung in die Klinik oft ein langer Weg ist, zeigt dieses Beispiel: Vom Beginn der Forschung bis zu diesem Moment dauerte es gute 40 Jahre!

Prothesen
Das Zusammenspiel zwischen Hirn und Muskeln ist sehr komplex. Es bringt nichts, dass Gehirn aufs Geratewohl zu stimulieren. Stellen Sie sich vor, Sie wollen das Bein beugen, aber der Muskel streckt sich stattdessen oder der falsche Muskel wird bewegt. Man muss also präzise wissen, welche Signale von wo und wohin gegeben werden müssen, um eine Laufbewegung zu ermöglichen. Dies kann an Affen viel präziser aufgezeichnet werden als zum Beispiel an einer Ratte. Diese Paraplegie-Behandlung konnte aber nur zum Erfolg führen, weil man zuerst in der Grundlagenforschung die normale Funktion des Gehirns und der beteiligten Nerven studieren konnte. Danach war es schrittweise möglich, die Bewegungen zu präzisieren, bis am Ende der Einsatz bei Menschen möglich war, ohne die Patienten noch mehr zu belasten, als sie es durch ihre Verletzung ohnehin schon waren. Deswegen waren und sind Versuche an den Makaken unverzichtbar dafür, dass diese Therapie beim Menschen Erfolg hat.

Cochleaimplantate
Menschen, die wegen nicht funktionierender Haarzellrezeptoren im Innenohr schwere Hörprobleme haben, können von sogenannten Cochlea-Implantaten profitieren, welche die Hörschnecke mittels elektrischer Impulse stimulieren. Diese Innenohr-Implantate, dank derer viele taub geborene Babys hören und sprechen lernen, wurden in Versuchen an Katzen und Meerschweinchen entwickelt. Katzen verfügen über besonders empfindliche Hörsinne, und ihr Hörsystem gleicht anatomisch dem des Menschen. Ausserdem hören Katzen und Meerschweinchen in einem ähnlichen Frequenzbereich wie Menschen. Für die gezieltere Übertragung der elektrischen Signale verändern Forschende am Deutschen Primatenzentrum DPZ die Nervenzellen genetisch so, dass sie durch Lichtsignale anstatt elektrischen Strom gereizt werden können. Dazu führen Forschende Versuche ebenfalls an Affen durch, da nur Affen ähnlich wie Menschen mit Lauten kommunizieren und eine ähnliche Anatomie haben. Damit sollen die Implantate so weiterentwickelt werden, dass Patienten, Melodien, Tonhöhen und Sprache besser herauszuhören können.

Sehprothesen
Blinde Personen können wegen fehlender Informationen aus dem Sehnerv, dem Auge oder dem Gehirn keine optischen Signale mehr wahrnehmen. Eine Prothese, die diese Unterbrechungen überbrücken würde, können wenigstens zu einem gewissen Grad die Sicht wiederherstellen. Durch Studien an Affen konnte bereits erreicht werden, dass mithilfe solcher Prothesen elektrische Stimulationen in der Sehrinde des Gehirns erfolgreich korrekte optische Bilder erzeugen. Dies konnte später bei Menschen wiederholt werden. Für diese Studien war keine andere Tierart möglich, weil nur Primaten ein hoch entwickeltes visuelles System aufweisen und auch anatomisch dem Menschen ähnlicher sind als andere Tiere. Sie haben, wie der Mensch, nach vorne gerichtete Augen und ein hochauflösendes Sehvermögen. Ausserdem haben nur die Altweltaffen, zu denen auch die Makaken gehören, wie der Mensch ein sogenanntes trichromatisches Sehen, d.h. drei verschiedene Arten von Zapfen als Farbrezeptoren in der Netzhaut. Daher ist eine Übersetzung von Studien an diesen Tieren auf den Menschen ungleich viel verlässlicher als bei anderen Tierarten.

Zurzeit sind einige klinische Versuche, im Gange, welche die Verwendung von visuellen Prothesen beim Menschen zum Ziel haben.
https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03344848
https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03326336

Regeneration von Nervengewebe bei Lähmungen
Das menschliche Gehirn ist nur begrenzt fähig, beschädigtes Gewebe oder neuronale Schaltkreise zu regenerieren. In den 1980er Jahren wurden mit Hilfe von Versuchen an Mäusen Faktoren entdeckt, welche für dieses eingeschränkte Wachstum von neuen Nervenzellen verantwortlich sind. Einer dieser Faktoren ist Nogo-A. In der Folge entwickelten Forscher Antikörper, um diese Hemmung zu blockieren. Dadurch konnten zum Beispiel Blutgefässe verletzter Rückenmarksteile zum erneuten Wachstum angeregt werden. Die Mäuse zeigten dadurch deutliche Verbesserungen in der Motorik.

Auch Ratten, die trainiert wurden, auf einem Laufband zu laufen, konnten sich nach einer Rückenmarksverletzung wieder auf dem Laufband bewegen, wenn sie mit einem Nogo-A-Hemmer behandelt worden waren. Auch konnten Muskelkrämpfe verhindert und die Kontrolle der Blasenfunktion – ein gravierendes Problem bei gelähmten Personen – verbessert werden.

Die Regeneration des Nerventraktes konnte in Makaken wiedergegeben und darüber hinaus die Feinmotorik von Händen verbessert werden. Diese ist für eine vollständige Wiederherstellung einer Rückenmarkverletzung bei beeinträchtigten Menschen enorm wichtig und kann ausser am Menschen nur an anderen Primaten untersucht werden, weil nur diese über die erforderliche Rückenmarksbahn verfügen, die präzises Greifen ermöglichen. Diese Entwicklung von Anti-Nogo-A Antikörpern, gerade auch die Beteiligung der Affen, fand zu einem grossen Teil in der Schweiz statt.

Die Behandlung von gelähmten Patienten durch anti Nogo-A-Antikörper durchlief bereits erfolgreich die Phase I für klinische Versuche, das heisst, die Prüfung von Wirkung und möglichen Nebenwirkungen. Momentan (Stand 2021) befinden sich die klinischen Studien in der Phase II, konkret in der Prüfung der Wirksamkeit an frisch verletzten, tetraplegischen Patienten. Diese Studie wird in verschiedenen Zentren für Querschnittgelähmte Menschen durchgeführt, darunter auch in der Schweiz.