Der Embryonale Stammzelltest (EST) ist ein validierter In-vitro-Embryotoxizitätstest, der zur Untersuchung embryotoxischer Wirkungen von Chemikalien eingesetzt werden kann. Während des zehntägigen Differenzierungsassays differenzieren sich die pluripotenten murinen embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) der Linie D3 in vitro in spontan kontrahierende Herzmuskelzellen. Dabei rekapitulieren sie Prozesse der frühen Embryogenese in vivo. Ein Zytotoxizitätsassay mit D3-Zellen und ausdifferenzierten, adulten 3T3-Maus-Fibroblasten dient der Ermittlung allgemeiner zytotoxischer Effekte und unterschiedlicher Sensitivitäten beider Zelllinien. Somit basiert der EST auf den beiden wichtigsten Mechanismen pränataler Toxizität, der Störung der Differenzierung und der Zytotoxizität. Ziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe des EST das embryotoxische Potential der vier Chemikalien Trichostatin A (TSA), Methylazoxymethanolacetat (MAMac), Natriumdodecylsulfat (SDS) und Benzoesäure (BA) abzuschätzen. Dazu wurde mikroskopisch ermittelt, bei welcher Testsubstanzkonzentration in 50 % der während der In-vitro-Differenzierung gebildeten Embryonalkörperchen die Kardiomyozytendifferenzierung inhibiert wird (ID50). Außerdem wurde die halbmaximale Hemmkonzentration des Zellwachstums auf die beiden Zelllinien bestimmt (IC50D3 bzw. IC503T3). Als Erweiterung dieses konventionellen EST wurden mittels quantitativer Real Time-PCR an den Tagen 5, 7 und 10 der Differenzierung zusätzlich Genexpressionsanalysen etablierter herzmuskelspezifischer Markergene (Mesoderm Posterior 1, Tag 5; Myosin light chain 1, Tag 7 und 10) durchgeführt. Deren Expression korreliert in den ES-Zellen mit der embryonalen Herzdifferenzierung in vivo und kann zur Ermittlung der von der Prüfsubstanz hervorgerufenen halbmaximalen Hemmung der Genexpression in den Kardiomyozyten (IC50 Exp) herangezogen werden. Um letztlich embryotoxische Effekte in vivo auf Grundlage der ermittelten In-vitro-Daten abschätzen zu können, wurden die ermittelten Parameter mittels eines für den EST empirisch abgeleiteten mathematischen Prädiktionsmodells (PM) zur Klassifizierung der Testsubstanzen als nicht, schwach oder stark embryotoxisch herangezogen. Für jede der Substanzen waren die ermittelten Halbhemmkonzentrationen in den überwiegenden Fällen vergleichbar und führten unter Verwendung des PMs im konventionellen und im molekularen EST zu deren identischer Klassifizierung. TSA wurde als „stark embryotoxisch“ klassifiziert und beeinflusste insbesondere das Differenzierungspotential der ES-Zellen. Das als „schwach embryotoxisch“ klassifizierte SDS wirkte auf die D3-Zellen stärker differenzierungsinhibierend als zytotoxisch, hemmte jedoch das Wachstum der 3T3-Zellen bereits in deutlich niedrigeren Konzentrationen. MAMac und BA wurden als „nicht embryotoxisch“ klassifiziert. Bei ihnen stand die zytotoxische Wirkung deutlich im Vordergrund. Diese Prädiktionen stimmten mit In-vivo-Befunden überein, was von der Stabilität und der Brauchbarkeit der im konventionellen und molekularen EST ermittelten Parameter zeugte. Einzige Ausnahme war das als Entwicklungsneurotoxin in vivo bekannte MAMac. Da der EST auf mesodermaler Differenzierung basiert, können spezifische Effekte auf neuronale Entwicklungsprozesse offenbar nicht vollständig erfasst werden. Substanzkonzentrationen, die sich als differenzierungsinhibierend auf die morphologische Kardiomyozytendifferenzierung erwiesen haben, führten auch zu einer messbaren Repression der herzmuskelspezifischen Genexpression. Dabei erwies sich die IC50 Exp als ebenso sensitiv wie die konventionellen Parameter und als nutzbringende Ergänzung zu diesen, da sie bereits nach 5 bzw. 7 Tagen der In-vitro-Differenzierung eine mit dem mikroskopischen Parameter übereinstimmende Einschätzung des embryotoxischen Potentials der Chemikalien in vivo ermöglichte. Genexpressionsanalysen weiterer differenzierungsspezifischer Gene können zusätzlich zur Aufklärung zu Grunde liegender Mechanismen der Embryotoxizität von Testsubstanzen dienen. Somit kann der EST durch die Vorteile der Stammzelltechnologie und der Genexpressionsanalyse als neues prädiktives Screening-Instrument zur frühzeitigen Detektion embryotoxischer Substanzeffekte in der pharmazeutischen und chemischen Industrie genutzt werden. / The embryonic stem cell test (EST) represents a validated in vitro embryotoxicity test that can be utilised for investigations of embryotoxic effects of chemical substances. During the 10-day differentiation assay the pluripotent murine embryonic stem cells (ES cells) of the D3 line differentiate in vitro into spontaneously beating cardiac muscle cells that can be observed microscopically. Thereby, ES cells recapitulate processes of early embryogenesis in vivo. A cytotoxicity assay with D3 cells as well as differentiated, adult 3T3 mouse fibroblasts is used to determine general cytotoxic effects and to consider differences in the sensitivity of both cell lines. Hence the EST is based on the two most important mechanisms of prenatal toxicity, such as inhibition of differentiation and cytotoxicity. The aim of the presented work consisted in the evaluation of the embryotoxic potential of the four chemicals trichostatin A (TSA), methylazoxymethanolacetate (MAMac), sodium dodecyl sulfate (SDS) and benzoic acid (BA) by means of the EST. For this purpose the concentration of the test substance that causes an inhibition of cardiomyocyte differentiation in 50 % of the embryoid bodies which are formed during the in vitro differentiation (ID50-value) and the halfmaximal inhibiting concentration of cell proliferation of D3 and 3T3 cell lines (IC50D3 and IC503T3) were determined. As extension of this conventional EST, the effect of test substances was investigated at the molecular level by gene expression analyses of cardiac specific genes (Mesoderm Posterior 1, day 5; Myosin light chain 1, day 7 and 10). Their expression in ES cells correlates with the embryonic heart differentiation in vivo. Quantitative Real Time-PCR gene expression analysis was used to determine the halfmaximal inhibition of the cardiomyocyte gene expression (IC50 Exp) caused by the test compound. To predict embryotoxic effects in vivo from the determined in vitro data, these parameters were used for the classification of the test chemicals as non, weak or strong embryotoxic via a mathematical prediction model (PM). In the majority of cases comparable halfmaximal inhibiting concentrations were calculated in the conventional and molecular EST that resulted in the identical classification of the tested chemicals concerning their embryotoxic potential. TSA was estimated as “strongly embryotoxic” and affected particularly the differentiation potential of the ES cells. SDS was classified as “weakly embryotoxic” and acted by inhibiting the differentiation of D3 cells at concentrations lower than cytotoxic concentrations but already repressed the growth of the 3T3 cells in significantly lower ranges. As to MAMac and BA that were classified as “non-embryotoxic” the cytotoxic effects on both cell lines predominated. These predictions were consistent with in vivo findings that testifies the stability and the usefulness of the parameters used in the conventional and molecular EST. MAMac, which is known as a developmental neurotoxin in vivo, represented the single exception. Its misclassification as compared to in vivo data may originate from the limitations of the model system that is based on mesodermal differentiation. Thus, specific effects on neuronal developmental processes obviously cannot be detected completely. Gene expression analysis showed that test substance concentrations which were proved to be inhibiting on the morphological differentiation of cardiomyocytes caused a repression of cardiac-specific marker gene expression as well. Thereby, IC50 Exp-values proved to be just as sensitive as the conventional parameters and can provide valuable and supportive data. They allowed a prediction of the embryotoxic potential of the chemicals in vivo already at day 5 and day 7 of in vitro differentiation. Moreover, gene expression analysis of appropriate differentiation specific genes could be used to investigate mechanisms that are responsible for embryotoxic properties of the test compounds. Thus, the EST is considered to represent a new, predictive screening test especially in the pharmaceutical industry to detect the embryotoxic potential of chemical compounds early in the process of compound development.