HAVBRUK2-Stort program for havbruksforskning

Fremtidens fôr til oppdrettsfisk består av nye utradisjonelle ingredienser som gir en annen ernærings- og miljøgiftprofil sammenliknet med fiskefôr basert på marine ingredienser. For å sikre sunn fisk og for å få kunnskap om hvilke konsekvenser endringene i fiskens diet og introduksjonen av nye miljøgifter har på fiskens helse, kan cellemodeller brukes i stedet for fiskeforsøk for å få en hurtigere og mer kostnadseffektivt evaluering. Bruken av cellemodeller representerer en mer etisk måte å gjennomføre ernæringsforsøk og evaluering av miljøgifter og blandingers toksisitet i stor skala. Men for at cellemodeller skal redusere og erstatte det store antallet fisk som bukes i fiskeforsøk, er det viktig å utvikle bedre og mer avanserte cellemodeller som etterligner organene til levende fisk, dette for å overvinne begrensingene med dagens 2D-modeller. For bedre å etterligne uttesting med hel fisk, har prosjektet In Vitro Fisk et mål om å forbedre eksisterende cellemetoder og utvikle nye 3D laksekulturer; co-kulturer, trippel kulturer og en sirkulasjonskultur, ved å bruke primære celler fra lever, fettvev, hodenyre og nyre isolert fra samme fisk. De nye cellemodellene muliggjør studier av fiskens fysiologi med en mer organspesifikk, hel fisk-tilnærming, og disse modellene kan potentielt erstatte og forbedre de eksisterende metodene og redusere det store antallet fisk som brukes i dagens ernærings- og toksikologiske forskning. En trippel kultur bestående av primære leverceller, hodenyreceller og visceralt fett organ kultur har blitt etablert. Eksponering til LPS (inflammasjon induser) og resveratrol (en antioksidant, antiinflammatorisk aktivitet i laks) har vist at signaler fra 3D visceralt fett organ kulturer påvirker de andre vevene i trippelkulturen. I tillegg har primære nyreepitelceller blitt isolert til anvendelse i co-kulturer med leverceller. Lever og nyre co-kulturen har blitt eksponert for sprøytemidlene glyfosat og klorpyrifos, den polysykliske aromatiske hydrokarbonforbindelsen Benzo(a)pyrene (BaP) og tungmetallet cadmium (Cd). RT-qPCR og global metabolomikk analysemetoder ble benyttet for å undersøke toksikologiske responser i lever- og nyreceller og for å sammenlikne responser i 3D- og 2D-kulturer. Glyfosat påvirket lipidmetabolismen i eksponerte lever- og nyreceller. 2D-levercellekulturer var mer sensitive til BaP, klorpyrifos and Cd eksponering enn 3D- kulturene. En sirkulasjonskultur for lever-, fett-, hodenyre- og nyreceller har blitt etablert og denne sirkulasjonskulturen ble eksponert for sprøytemidlet diazinon for å evaluere cellenes toksikologiske respons. Celleoverlevelsesessayene LDH og MTT viste at sprøytemidlet diazinon frembrakte ingen cytotoksisitet hos de eksponerte cellene. Diazinon hadde heller ingen effekt på cellenes cholinesterase-aktivitet. De preliminære resultatene foreslår derfor at diazinon har lav toksisitet i denne laksemodellen. Alle cellemodellene utviklet i prosjektet In Vitro Fisk kan erstatte og forbedre eksisterende metoder og bidra til å redusere det store antallet laks som brukes i dagens forskning. Med sin hel fisk-tilnærming kan disse nye cellemodellene bli viktig for å løse morgendagens utfordringer innen ernæring og toksikologi for laksenæringen.

Prosjektet har klart å forbedre eksisterende cellemetoder og utvikle nye 3D laksekulturer; co-kulturer, trippel kulturer og en sirkulasjonskultur, ved å bruke primære celler fra lever, fettvev, hodenyre og nyre isolert fra samme fisk. Disse modellene vil bli benyttet i framtidige prosjekter på Havforskningsinstituttet. Prosjektet In Vitro Fisk førte videre til et samarbeid med Akvariet i Bergen som vi har hatt i hele prosjektperioden. Akvariet har holdt fisken vi har brukt i forsøkene våre i et utstillingsakvariet. Ved siden av utstillingsakvariet har det vært informasjon til publikum at fisken blir bukt til å utvikle nye cellemodeller og hvorfor dette er viktig. I prosjektet In Vitro Fisk ble det avdekket en kommersiell mangel på gode produkter til å dyrke fiskeceller 3D. Dette resulterte derfor i et samarbeid med SINTEF om et nytt NFR-prosjekt hvor vi skal utvikle et nytt 3D-dyrkningsprodukt for fiskeceller.

Future feeds for farmed fish are based on untraditional feed ingredients, which will change nutrient and contaminant profiles compared to traditional feeds based on marine ingredients. In fish nutrition and toxicology research, we aim to reduce the number of fish, refine the in vitro assays to better mimic the in vivo situation, and replace traditional fish feeding experiments. In vitro assays represent a more ethical way of conducting large-scale assessments of nutritional requirements and contaminant and mixture toxicity (cocktail effect). However, for in vitro models to reduce or replace the number of fish used in in vivo studies, it is critical to develop better and more advanced in vitro models resembling in vivo conditions to overcome the limitation of today's 2D models. To close the gap between the commonly used 2D mono cell culture assays and whole animal testing, the project In Vitro Fish proposes to refine existing in vitro methods and develop novel 3D Atlantic salmon cultures; co-culture, triple culture and a fish "organs-on-a-plate" culture, using primary hepatocytes, adipocytes and head kidney and kidney epithelial cells isolated from the same fish. These new in vitro models permit the study of animal physiology in a more organ-specific, in vivo like context that will replace and refine existing methodology and reduce the number of fish used in nutritional and toxicological research.