Etusivu >> Mitä teemme >> Pidä itsesi ajan tasalla >> Tiedekulma >> Tiedekulma >>
Eläinten käyttöä tutkimuksessa puolustavat väittävät, että eläimet muistuttavat ihmistä tarpeeksi paljon tehdäkseen niistä tieteellisesti riittäviä malleja ihmisestä, mutta ovat kuitenkin sen verran erilaiset, että eläimillä tehtävien kokeiden tekeminen niillä voidaan hyväksyä moraalisesti. Sen lisäksi, että eettiset vastalauseet koskevat kärsimyksen aiheuttamista toisille tunteville lajeille, eläinmalleihin liittyvät luontaiset ongelmat – kuten erot ihmisiin nähden sekä koon että fysiologian suhteen, geneettiset erot ja biologisten kohteiden vaihtelut – rajoittavat eläinmallista kerättyjen tietojen siirrettävyyttä ihmisiin.
Lisäksi kun eläimiä käytetään ihmisten sairauksia koskevissa tutkimuksissa, keinotekoinen tapa, jolla sairaus eläimelle aiheutetaan, on kaukana siitä tavasta, jolla sairaudet esiintyvät luonnostaan ihmisillä, mikä rajoittaa tällaisten tutkimusten arvoa. Eläinmalleihin tukeutuvien tieteellisten kokeiden pätevyys, hyödyllisyys, kustannukset ja eettisyys kyseenalaistetaan yhä useammin – eivät ainoastaan eläinten puolustajat, vaan myös tiedeyhteisön jäsenet – minkä vuoksi tutkijoiden on tärkeää kehittää ja käyttää malleja, jotka vastaavat paremmin ihmisen biologiaa ja antavat meille parhaat mahdolliset mahdollisuudet parantaa ihmisten terveyttä ja hyvinvointia.
Seuraavassa jaksossa kuvataan sekä perinteisiä että huippuluokan vaihtoehtoja, jotka lupaavat vähentää, tarkentaa ja lopulta korvata eläinten käyttöä tieteessä.
In vitro -soluviljely
Soluviljelyllä tarkoitetaan eläimestä tai kasvista irrotettujen solujen kasvattamista tarkoituksenmukaisessa keinotekoisessa ympäristössä, joka sisältää välttämättömiä komponentteja, kuten ravinteita, kasvutekijöitä ja kaasuja. Soluviljelyä voidaan käyttää solujen normaalin toiminnan tutkimiseen, lääkkeiden seulontaan ja kehittämiseen sekä biologisten yhdisteiden, kuten terapeuttisten proteiinien, tuotantoon. Viljeltyjä soluja on helpompi manipuloida molekyylien avulla, ja ne ovat nopeampia, halvempia ja toistettavampia kuin eläinmallit. Tärkeää on, että ihmissoluja voidaan tutkia in vitro, ja ne tarjoavat mahdollisuuden vähentää eläinten käyttöä useilla tutkimusaloilla.
Tutkimuksessa voidaan käyttää monia erilaisia soluja, kuten vakiintuneita solulinjoja ja kantasoluja. Koska kantasoluilla on kyky erilaistua moniksi erilaisiksi solutyypeiksi, tutkijat ovat innostuneita niiden käytöstä tutkimusmalleina. Indusoidut pluripotentit kantasolut (iPSC) ovat tulossa erittäin arvokkaaksi työkaluksi laboratoriossa, sillä solutekniikoiden kehittymisen ansiosta tutkijat voivat kerätä ihmisiltä aikuisten elimistön soluja, ohjelmoida ne uudelleen alkion kantasoluja muistuttavaan tilaan ja lopulta erilaistaa solut haluamakseen solutyypiksi. Näitä soluja käytetään jo lääkekehityksessä ja sairauksien mallintamisessa. Koska iPSC-solut voidaan saada eri sairauksia sairastavilta potilailta, niillä on tärkeä rooli yksilöllistetyssä lääketieteessä.
Monissa tutkimuksissa käytetään soluja, joita kasvatetaan muovimaljoilla litteässä monokerroksessa, kun taas toisissa tutkimuksissa soluja yritetään tutkia kolmiulotteisesti, jotta ne jäljittelisivät paremmin in vivo -tilannetta.
”Organoidit”
Kantasolubiologian edistysaskeleet ovat helpottaneet ”organoideiksi” kutsuttujen monimutkaisten mallien luomista, jotka ovat pienoiskoossa olevia in vitro -elimiä, jotka jäljittelevät osittain todellisten elinten rakennetta ja toimintaa. Nämä mallit muodostuvat, kun solut kokoavat itse itsensä ja järjestäytyvät monimutkaisiksi kolmiulotteisiksi rakenteiksi. Organoideja voidaan käyttää muun muassa sairauksien malleina, toksikologian ja lääkkeiden löytämisen tutkimuksissa sekä elinten kehitystä koskevissa tutkimuksissa. Monia organoideja on jo luotu, muun muassa munuaiset, maksa, sydän ja keuhkot.
”Organs-on-chips”
Muita malleja, joita on kehitetty kudos- ja elintason toiminnallisuuden simuloimiseksi, ovat ”organs-on-chipsit”, mikrofluidiset soluviljelylaitteet, joissa on elävien solujen vuorattuja kanavia. Ne on suunniteltu jäljittelemään monisoluista arkkitehtuuria ja biokemiallista ja mekaanista mikroympäristöä, joka on nähtävissä in vivo. Näissä ”minielimissä” on soluja, joita kasvatetaan joustavilla alustoilla, joiden avulla ne voivat muuttaa muotoaan ja reagoida fyysisiin vihjeisiin tavoilla, jotka eivät ole mahdollisia perinteisissä kaksi- tai kolmiulotteisissa viljelmissä. Tällaiset välineet voivat auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin solujen geneettistä, biokemiallista ja aineenvaihdunnallista toimintaa toiminnallisten kudosten ja elinten yhteydessä.
Lukuisia mikroteknisiä elinmalleja on jo luotu ja niitä optimoidaan edelleen, mukaan lukien maksan, keuhkojen, munuaisten, suoliston, luun, rintojen, silmän ja aivojen mallit. Toiveena on, että tällaiset mikrosysteemit, jotka on kehitetty ihmissoluilla, voivat korvata kalliit ja huonosti ennustavat eläinkokeet ja tehdä lääkekehityksestä ja toksikologisesta testauksesta tarkempaa ja ihmisläheisempää. Nämä mallit voitaisiin suunnitella jäljittelemään tiettyjä tautitiloja ja tutkimaan kudosten kehitystä ja elinten fysiologiaa, mikä mahdollisesti vähentäisi eläinkokeiden tarvetta näillä ja muilla tutkimusaloilla.
”Human-on-a-Chip”
Elintarvike- ja lääkevirasto FDA (Food and Drug Administration) teki hiljattain yhteistyötä puolustusalan kehittyneiden tutkimushankkeiden viraston (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) ja Kansallisen terveysinstituutin (National Institutes of Health, NIH) kanssa työskennelläkseen hankkeessa nimeltä Human-on-a-Chip. Human-on-a-chipin tavoitteena on edellä kuvatun yksittäisiä elimiä koskevan lähestymistavan pohjalta luoda kolmiulotteinen pienoismalli, joka sisältää 10 erilaista ihmisen minielintä, jotka on yhdistetty toisiinsa fysiologisen järjestelmän muodostamiseksi. Koska nämä yksittäiset elimet olisivat yhteydessä toisiinsa ja toimisivat kokonaisuutena, human-on-a-chip jäljittelisi todennäköisemmin ihmiskehon toimintaa ja biologisia prosesseja. Tämä uusi väline voi mullistaa toksikologisen testauksen, mutta sitä voidaan myös muokata tavalla, joka helpottaisi erilaisten sairaustilojen tutkimista. Toiveena on, että tämä väline voisi monimutkaisuutensa ja ihmisläheisyytensä vuoksi korvata tai vähentää koe-eläinten määrää.
Esimäisiä yrityksiä eri elinten yhdistämiseksi samaan siruun on jo tehty. Vaikka edessä on vielä haasteita, nykyiset mallit ovat antaneet vahvan todisteen siitä, että eri elinten välisiä toiminnallisia vuorovaikutuksia voidaan analysoida näissä laitteissa.
Tietokonesimulointi
Simulointitekniikan edistysaskeleet helpottavat monimutkaisten ja kehittyneiden biologisten järjestelmien mallien kehittämistä. Sen lisäksi, että simulaattorit mallintavat tieteessä esiintyviä tapahtumia, joita jo ymmärrämme ja joista olemme keränneet tietoja, ne edistävät ymmärrystämme antamalla meille mahdollisuuden testata uusia ideoita ja kokeilla erilaisia koeolosuhteita. Simulointi voi toimia vaihtoehtona perinteiselle kokeelliselle tieteelle, ja sen lisäetuna on se, että kokeet, joiden suorittaminen perinteisesti saattaisi olla epäkäytännöllistä tai liian kallista, voidaan tehdä simulointitekniikan avulla.
Autopsiatutkimukset ja post mortem -näytteiden tutkiminen
Autopsiat ovat lääkäreiden suorittamia lääketieteellisiä toimenpiteitä, joissa yksilön ruumis tutkitaan perusteellisesti kuoleman jälkeen. Sen lisäksi, että saadaan tietoa yksilön kuolinsyystä ja -tavasta, voidaan kerätä myös paljon tietoa sairauksista ja vammoista. Toimenpiteen aikana lääkärit voivat selvittää yksilön kuolinsyyn, saada selville, miten sairaus etenee ja ovatko tietyt sairauksien hoidot olleet tehokkaita, sekä kerätä kudosnäytteitä ja ruumiinnesteitä lisätutkimuksia varten.
Epidemiologiset tutkimukset
Epidemiologia on tutkimusala, joka keskittyy tutkimaan tautien esiintyvyyttä, jakaantumista ja hallintaa populaatiossa, minkä ansiosta tiedemiehet kykenevät parhaalla mahdollisella tavalla ymmärtämään sitä, miten, missä ja milloin tauteja esiintyy. Epidemiologeilla on tärkeä rooli tieteen edistämisessä ja ihmisten terveyden ja hyvinvoinnin parantamisessa, koska heidän tutkimuksillaan tautien ja muiden ihmisten terveyteen liittyvien ongelmien syistä voidaan estää tautien leviäminen ja estää kansanterveydellisten ongelmien toistuminen. Yksi epidemiologin tärkeistä tehtävistä on pyrkiä selvittämään sairauksiin liittyviä riskitekijöitä (esim. ympäristö- ja elämäntapatekijöitä) sekä tekijöitä, jotka voivat auttaa suojautumaan sairauksilta.
Epidemiologiset tutkimukset ovat osoittaneet tupakoinnin ja syövän välisen yhteyden ja paljastaneet kemiallisten aineiden altistumisen ja sairauksien välisen yhteyden työelämässä. Vaikka epidemiologiset tutkimukset eivät todista, että tietyt riskitekijät todella aiheuttavat tutkittavan sairauden, ne osoittavat tiettyjen riskitekijöiden korrelaation sairauden ilmaantuvuuteen.
Noninvasiivinen kuvantaminen
Vartalosta kuvia antavien lääketieteellisten tekniikoiden, kuten magneettikuvauksen (MRI), tietokonetomografian (CT) ja ultraäänen, käyttö on lisännyt huomattavasti tietämystämme elimistömme toiminnasta, ja ne ovat tärkeässä roolissa diagnostiikassa. Näiden tekniikoiden käyttö voi toimia korvaavana vaihtoehtona, koska merkityksellistä tietoa voidaan saada suoraan potilaspopulaatioista.
Vaikka NAVS uskoo, että 3R:n yleistavoitteena on eläinkäytön korvaaminen, kuvantamistekniikoilla voi olla myös tärkeä rooli eläinkäytön vähentämisessä ja tarkentamisessa kokeissa. Jos esimerkiksi tutkitaan sairauden etenemistä eläinmallissa, tutkijat saattavat uhrata eläimiä viikoittain tietojen keräämiseksi. Jos sen sijaan käytetään kuvantamista, he voivat tehdä sarjatutkimuksia samalla eläimellä ja seurata eläimiä koko niiden eliniän ajan, mikä vähentää merkittävästi käytettyjen eläinten määrää. Kuvantaminen voi toimia myös hienosäätövaihtoehtona, jolloin voidaan tehdä vähemmän invasiivisia toimenpiteitä.
Mikrodosointi
”Nollavaiheen” kliiniset tutkimukset, jotka tunnetaan myös nimellä mikrodosointi, ovat lähestymistapa, jonka avulla voidaan vähentää eläimillä tehtävien turvallisuus- ja toksikologisten testien läpi menevien lääkkeiden määrää, mikä vähentäisi testeissä käytettävien eläinten määrää.
Vaiheen nollakokeissa hyvin pieni määrä vapaaehtoisia ihmisiä, yksi tai kaksi ihmistä, saisi hyvin pienen määrän uutta lääkettä, niin pienen annoksen, että se ei aiheuta farmakologista vaikutusta tai haittavaikutusta. Näistä tutkimuksista voidaan määrittää yhdisteen kohtalo ihmiskehossa, mukaan lukien tiedot siitä, miten elimistö imeytyy, jakautuu ja metaboloituu lääkkeeseen. Koska uuden yhdisteen mikroannos on niin pieni, vapaaehtoiseen ihmiseen kohdistuva riski on hyvin pieni. Tällaisella testausparadigmalla on suuret mahdollisuudet vähentää huomattavasti uusien yhdisteiden turvallisuus-, farmakologisissa ja toksisuustutkimuksissa käytettävien eläinten määrää, koska jos uudella yhdisteellä ei ole toivottua vaikutusta ihmisessä, yhdisteelle ei tarvitsisi tehdä lisää turvallisuustutkimuksia eläimillä.