Domů >> Co děláme >> Informujte se >> Vědecký koutek >>
Ti, kdo obhajují používání zvířat ve výzkumu, tvrdí, že nelidská zvířata jsou natolik podobná lidem, že jsou vědecky vhodnými modely lidí, ale natolik odlišná, že je morálně přijatelné na nich experimentovat. Kromě etických námitek proti způsobování utrpení jiným vnímajícím druhům omezují přirozené problémy zvířecích modelů – včetně odlišností od lidí jak ve velikosti, tak ve fyziologii, genetických odlišností a rozdílů v biologických cílech – možnost převést údaje získané na zvířecím modelu na lidi.
Pokud jsou navíc zvířata používána ke studiu lidských nemocí, je umělý způsob, jakým je nemoc u zvířete vyvolána, na hony vzdálen způsobu, jakým se nemoci přirozeně vyskytují u lidí, což omezuje hodnotu takových studií. Platnost, užitečnost, nákladnost a etika vědeckých pokusů, které se opírají o zvířecí modely, jsou stále častěji zpochybňovány – nejen ze strany ochránců zvířat, ale i ze strany vědecké komunity -, a proto je nezbytné, aby vědci vyvíjeli a využívali modely, které lépe odrážejí lidskou biologii a dávají nám co největší šanci na zlepšení lidského zdraví a pohody.
Následující oddíl popisuje tradiční i nejmodernější alternativy, které slibují snížení, zdokonalení a nakonec nahrazení používání zvířat ve vědě.
Buněčné kultury in vitro
Buněčnou kulturou se rozumí růst buněk odebraných ze zvířete nebo rostliny ve vhodném umělém prostředí obsahujícím základní složky, jako jsou živiny, růstové faktory a plyny. Buněčné kultury lze použít pro studium normální funkce buněk, při screeningu a vývoji léčiv a pro výrobu biologických sloučenin, jako jsou terapeutické proteiny. S buňkami v kultuře lze snadněji molekulárně manipulovat, jsou rychlejší, levnější a reprodukovatelnější než zvířecí modely. Důležité je, že lidské buňky lze studovat in vitro a nabízejí potenciál snížení používání zvířat v několika oblastech studia.
K použití ve výzkumu je k dispozici mnoho různých druhů buněk, včetně zavedených buněčných linií a kmenových buněk. Protože kmenové buňky mají schopnost diferencovat se v mnoho různých typů buněk, jsou vědci nadšeni jejich využitím jako výzkumných modelů. Indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC) se stávají velmi cenným nástrojem v laboratoři, protože pokroky v buněčných technikách umožňují výzkumníkům odebírat buňky dospělého těla lidí, přeprogramovat je do stavu podobného embryonálním kmenovým buňkám a nakonec tyto buňky diferencovat na požadovaný typ buněk. Tyto buňky se již používají při vývoji léků a modelování nemocí. Protože je lze získat od pacientů s různými chorobami, hrají iPSC důležitou roli v personalizované medicíně.
Mnoho studií se opírá o buňky pěstované na plastových miskách v ploché monovrstvě, zatímco jiné se snaží studovat buňky ve třech rozměrech, aby lépe napodobily scénář in vivo.
„Organoidy“
Pokroky v biologii kmenových buněk usnadnily vytváření komplexních modelů zvaných „organoidy“, miniaturních orgánů in vitro, které napodobují některé struktury a funkce skutečných orgánů. Tyto modely vznikají, když se buňky samy shromažďují a organizují do složitých trojrozměrných struktur. Organoidy lze používat jako modely nemocí, ve studiích toxikologie a objevování léčiv a ve studiích vývoje orgánů a v dalších oblastech výzkumu. Mnoho organoidů již bylo vytvořeno, včetně ledvin, jater, srdce a plic.
„Orgány na čipech“
Dalšími modely vyvinutými pro simulaci funkčnosti tkání a orgánů jsou „orgány na čipech“, mikrofluidní zařízení pro kultivaci buněk s kanály vystlanými živými buňkami. Jsou navrženy tak, aby napodobovaly mnohobuněčnou architekturu a biochemické a mechanické mikroprostředí pozorované in vivo. Tyto „miniorgány“ obsahují buňky pěstované na flexibilních platformách, které jim umožňují měnit tvar a reagovat na fyzikální podněty způsobem, který není možný u tradičních 2-D nebo 3-D kultur. Takové nástroje mohou výzkumníkům pomoci lépe porozumět genetickým, biochemickým a metabolickým aktivitám buněk v kontextu funkčních tkání a orgánů.
Již byla vytvořena řada mikroinženýrských modelů orgánů, které se nadále optimalizují, včetně modelů jater, plic, ledvin, střev, kostí, prsu, oka a mozku. Doufáme, že tyto mikrosystémy vyvinuté s lidskými buňkami mohou nahradit nákladné a málo prediktivní testy na zvířatech a zpřesnit tak proces vývoje léků a toxikologického testování a zvýšit jeho relevanci pro člověka. Tyto modely by mohly být navrženy tak, aby napodobovaly specifické chorobné stavy a studovaly vývoj tkání a fyziologii orgánů, což by mohlo snížit potřebu testování na zvířatech v těchto a dalších oblastech výzkumu.
„Human-on-a-Chip“
Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) nedávno spolupracoval s Agenturou pro pokročilé výzkumné projekty v oblasti obrany (DARPA) a Národním institutem zdraví (NIH) na projektu nazvaném Human-on-a-Chip. Na základě výše popsaného přístupu k jednotlivým orgánům na čipu je cílem projektu „člověk na čipu“ vytvořit miniaturní trojrozměrný model, který zahrnuje 10 různých lidských miniorgánů propojených do fyziologického systému. Protože by tyto jednotlivé orgány byly vzájemně propojeny a fungovaly by jako celý systém, člověk na čipu by s větší pravděpodobností napodoboval činnosti a biologické procesy lidského těla. Přestože tento nový nástroj může způsobit revoluci v toxikologickém testování, lze jej také upravit způsobem, který by usnadnil studium různých chorobných stavů. Je naděje, že tento nástroj bude díky své komplexnosti a relevanci pro člověka schopen nahradit nebo snížit počet zvířat zapojených do pokusů.
První pokusy o propojení různých orgánů na jednom čipu již byly učiněny. Ačkoli před námi leží další výzvy, současné modely poskytly přesvědčivý důkaz, že v těchto zařízeních lze analyzovat funkční interakce mezi různými orgány.
Počítačová simulace
Pokroky v simulačních technologiích usnadňují vývoj komplexních a sofistikovaných modelů biologických systémů. Kromě modelování jevů ve vědě, kterým již rozumíme a pro které jsme shromáždili údaje, posouvají simulátory naše chápání tím, že nám umožňují testovat nové myšlenky a zkoušet různé experimentální podmínky. Simulace může sloužit jako alternativa k tradiční experimentální vědě a má tu výhodu, že experimenty, jejichž tradiční provedení by mohlo být nepraktické nebo příliš nákladné, lze provést pomocí simulační technologie.
Autopsie a studium posmrtných vzorků
Autopsie jsou lékařské zákroky prováděné lékaři, při nichž se důkladně zkoumá tělo jedince po jeho smrti. Kromě získání informací o příčině a způsobu úmrtí jedince lze získat také velké množství informací o nemocech a zraněních. Během zákroku mohou lékaři určit příčinu smrti jedince, zjistit, jak nemoc postupuje a zda byla konkrétní léčba nemocí účinná, a odebrat vzorky tkání a tělních tekutin pro další studium.
Epidemiologické studie
Epidemiologie je oblast výzkumu zaměřená na studium výskytu, rozšíření a kontroly nemocí v populaci, což vědcům umožňuje co nejlépe pochopit, jak, kdy a kde se nemoci vyskytují. Epidemiologové hrají důležitou roli v rozvoji vědy a zlepšování lidského zdraví a blahobytu, protože jejich zkoumání příčin nemocí a dalších problémů lidského zdraví může zabránit šíření nemocí a zastavit opakování problémů veřejného zdraví. Jedním z důležitých úkolů epidemiologa je snaha určit rizikové faktory (např. faktory životního prostředí a životního stylu) spojené s onemocněním a také faktory, které mohou pomoci chránit před onemocněním.
Epidemiologické studie prokázaly vztah mezi kouřením a rakovinou a odhalily souvislost mezi expozicí chemickým látkám a onemocněním v pracovním sektoru. Ačkoli epidemiologické studie neprokazují, že konkrétní rizikové faktory skutečně způsobují zkoumané onemocnění, ukazují souvislost konkrétních rizikových faktorů s výskytem onemocnění.
Neinvazivní zobrazování
Využití lékařských technologií, které poskytují zobrazení těla, včetně zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), počítačovou tomografií (CT) a ultrazvukem, výrazně zvýšilo naše chápání fungování těla a hraje důležitou roli v diagnostické medicíně. Používání těchto technik může sloužit jako náhradní alternativa, protože smysluplné údaje lze získat přímo z populace pacientů.
Ačkoli se NAVS domnívá, že celkovým cílem 3R je nahrazení používání zvířat, zobrazovací techniky mohou také hrát důležitou roli při snižování a zdokonalování používání zvířat při pokusech. Například při zkoumání vývoje onemocnění na zvířecím modelu mohou výzkumní pracovníci obětovat zvířata každý týden za účelem shromažďování údajů. Pokud však místo toho použijí zobrazování, mohou provádět sériové studie na stejném zvířeti a sledovat zvířata v průběhu jejich života, čímž výrazně sníží počet použitých zvířat. Zobrazování může také sloužit jako alternativa zpřesnění, což umožňuje provádět méně invazivních postupů.
Mikrodávkování
„Nultá fáze“ klinických studií, známá také jako mikrodávkování, je přístup, který může snížit počet léčiv procházejících bezpečnostním a toxikologickým testováním na zvířatech, což by snížilo počet zvířat použitých při testování.
Ve fázi nula zkoušek by velmi malý počet lidských dobrovolníků, jedna nebo dvě osoby, dostal velmi malé množství nového léku, dávku tak nízkou, že nevyvolá farmakologický účinek nebo nežádoucí reakci. Na základě těchto studií lze určit osud sloučeniny v lidském těle, včetně informací o tom, jak tělo léčivo absorbuje, distribuuje a metabolizuje. Vzhledem k tomu, že mikrodávky nové sloučeniny jsou tak nízké, je riziko pro lidského dobrovolníka velmi malé. Tento druh testovacího paradigmatu má velký potenciál pro podstatné snížení počtu zvířat používaných při studiích bezpečnosti, farmakologie a toxicity nových sloučenin, protože pokud nová sloučenina nemá u člověka požadovaný účinek, nemusela by se tato sloučenina podrobovat dalším bezpečnostním studiím na zvířatech.
.