Zunehmend setzt sich die Auffassung durch, dass Tierexperimente soweit wie möglich durch sog. Alternativverfahren ersetzt werden sollten. Auf der Grundlage der wesentlichen gesellschaftlichen Entscheidungsebenen Wirtschaft/Politik, Wissenschaft und Ethik/Moral gibt es hierfür drei überzeugende Argumente: Aus wirtschaftlich-politischen Überlegungen müssen Tierversuche ersetzt werden, da sie kosten- und personalintensiv sowie politisch immer schwerer vertretbar sind. Aus wissenschaftlicher Sicht sind sie zu substituieren, weil ihre Ergebnisse lange nicht immer befriedigen und ein Bedarf an besseren Methoden besteht. Der ethische Grund für einen Ersatz liegt schliesslich im Umstand, dass das Rechtfertigungsbedürfnis für Tierexperimente in unserer Gesellschaft kontinuierlich zunimmt und daher Forschung und Wissenschaft ihr Tun zunehmend auch moralisch zu rechtfertigen haben.
Da mittels Alternativmethoden nie gleichartige Ergebnisse wie mit Tierversuchen erzielt werden können (und die Bezeichnung "alternativ" daher eigentlich falsch ist), wird vor allem in Deutschland auch oft von "Ersatz- und Ergänzungsmethoden" gesprochen. Als solche gelten grundsätzlich alle Systeme, bei denen statt lebenden Organismen schmerzfreie Materie verwendet werden kann, ohne dadurch die Aussagekraft des Versuchs zu mindern. Zu denken ist hierbei sowohl an Experimente an isolierten Körperteilen, Organ-, Zell- oder Gewebekulturen als auch an verschiedenste immunologische, chemische, biochemische, molekular- oder mikrobiologische Verfahren. Als Alternativmethoden im weiteren Sinne können zudem auch Versuchsanordnungen bezeichnet werden, welche die Zahl und Belastung der Versuchstiere beschränken oder mit Tierarten niedrigerer Stufen auskommen.
Um der Forderung nach Alternativmethoden - die zuerst von Tierschutzverbänden erhoben, im Laufe der Zeit aber auch von Wissenschaftlern und staatlichen Stellen unterstützt wurde – nachzukommen, werden seit einiger Zeit beachtliche Anstrengungen unternommen. Im Rahmen der in den letzten Jahren mit viel Engagement und Know-how vorangetriebenen Erforschung alternativer Verfahren konnten unzählige sog. In-vitro-Systeme entwickelt werden, die herkömmlichen Tierversuchen mindestens ebenbürtig, in verschiedenen Bereichen gar überlegen sind. Als In-vitro-Verfahren ("im Reagenzglas") bezeichnet man Untersuchungen ausserhalb des Organimus, während unter "In-vivo-Methoden" Erforschungen am lebenden Organismus (mit oder ohne Narkose) verstanden werden. Exemplarisch sei auf die Bereiche der Krebsforschung oder der Immunologie verwiesen, in denen mittlerweile eine Reihe von Alternativsystemen zur Herstellung von Antikörpern zur Verfügung steht. Ersetzt werden kann damit insbesondere das berüchtigten Aszitesverfahren an Mäusen, denen ein Mineralöl in die Bauchhöhle gespritzt wird, damit sie an einer äusserst schmerzhaften Bauchwassersucht (Aszites) erkranken und sich Bauchflüssigkeit bildet. Anschliessend werden den Tieren Tumore bildende Krebszellen injiziert, welche zur Produktion von Antikörpern führen, die man den Mäusen dann mit der Flüssigkeit aus dem Bauch absaugt. In der Schweiz ist das Verfahren seit 1995 verboten, da eine ganze Anzahl von In-vitro-Methoden zur Verfügung steht, um Antikörper in grossen Mengen herzustellen. Die Immunisierung (das Anregen der Antikörperbildung) wird indes noch immer im Tierkörper durchgeführt, was für die eingesetzten Mäuse zwar nicht zwingend mit Leiden, häufig aber mit aus tierschützerischer Sicht nicht zu rechtfertigenden Nebenfolgen verbunden ist.
Seit Ende der achtziger Jahre wurden in verschiedenen Ländern auch Datenbanken mit Informationsmaterial über verfügbare Alternativmethoden sowie spezielle Institute zur Förderung von Alternativmethoden eingerichtet. Die Forschungsförderung zur Entwicklung alternativer Systeme wird heute vielerorts als "Staatsaufgabe" und völkerrechtliche Verpflichtung verstanden. In der Schweiz unterstützt die vom BVET und der Interpharma finanzierte Stiftung "Forschung 3 R" eine Reihe von Entwicklungsprojekten für Alternativmethoden. Allgemein kommt den deutschsprachigen Ländern diesbezüglich eine Vorreiterrolle zu, da der wissenschaftliche Tierschutz hier finanziell weit stärker gefördert wird als in anderen europäischen Staaten oder in den USA. Auch werden für die Entwicklung alternativer Methoden teilweise beachtliche staatliche Mittel zur Verfügung gestellt. In der Schweiz ist der Bund durch Art. 23 Abs. 2 TSchG sogar verpflichtet, derartige Verfahren in Zusammenarbeit mit Industrie und Hochschulen zu unterstützen und zu fördern. Staatlich gefördert werden beispielsweise auch die deutsche Zentralstelle für die Erfassung und Bewertung von Ersatz- und Ergänzungsmethoden für Tierversuche (ZEBET, mit der Deutschland 1989 als erstes Land der Welt eine Einrichtung schuf, die sich mit der Prüfung versuchstierfreier Methoden befasst) oder auf EU-Ebene das Europäischen Zentrum für die Validierung von Alternativmethoden (ECVAM). Entsprechende Institutionen werden anderseits vor allem aber auch von privaten Trägervereinigungen finanziert. In der Schweiz setzt sich insbesondere die bereits 1976 gegründete Stiftung "Fonds für versuchstierfreie Forschung" (FFVFF) für die Entwicklung, Anerkennung und Anwendung alternativer Methoden ein.
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