Főoldal >> Amit csinálunk >> Tájékoztatjuk Önt >> Science Corner >>>
Az állatok kutatásban való felhasználásának védelmezői azt állítják, hogy a nem emberi állatok eléggé hasonlítanak az emberre ahhoz, hogy tudományosan megfelelő modelljei legyenek az embernek, de eléggé különböznek ahhoz, hogy morálisan elfogadható legyen rajtuk kísérletezni. A más érző fajok szenvedésének okozásával kapcsolatos etikai ellenvetéseken túlmenően az állatmodellekkel kapcsolatos eredendő problémák – beleértve az emberektől való eltéréseket mind a méretben, mind a fiziológiában, a genetikai különbségeket és a biológiai célpontok eltéréseit – korlátozzák az állatmodellből gyűjtött adatok emberekre való átültethetőségét.
Továbbá, amikor állatokat használnak emberi betegségek vizsgálatára, a betegség mesterséges előidézésének módja az állatban távol áll attól, ahogy a betegségek az emberekben természetesen előfordulnak, ami korlátozza az ilyen vizsgálatok értékét. Az állatmodellekre támaszkodó tudományos kísérletek érvényességét, hasznosságát, költségeit és etikáját egyre inkább megkérdőjelezik – nemcsak az állatvédők, hanem a tudományos közösség tagjai is -, ezért fontos, hogy a kutatók olyan modelleket fejlesszenek ki és használjanak, amelyek jobban tükrözik az emberi biológiát, és a lehető legjobb esélyt adják az emberi egészség és jólét javítására.
A következő részben olyan hagyományos és legmodernebb alternatívákat ismertetünk, amelyek ígéretesek az állatok tudományos felhasználásának csökkentésére, finomítására és végső soron kiváltására.
In vitro sejtkultúra
A sejtkultúra az állatból vagy növényből eltávolított sejtek megfelelő mesterséges környezetben történő növekedését jelenti, amely olyan lényeges összetevőket tartalmaz, mint a tápanyagok, növekedési faktorok és gázok. A sejtkultúra felhasználható a normál sejtműködés vizsgálatára, gyógyszerek szűrésére és fejlesztésére, valamint biológiai vegyületek, például terápiás fehérjék előállítására. A tenyésztett sejteket könnyebb molekulárisan manipulálni, gyorsabbak, olcsóbbak és reprodukálhatóbbak, mint az állati modellek. Fontos, hogy az emberi sejtek in vitro tanulmányozhatók, és számos vizsgálati területen lehetőséget kínálnak az állatok felhasználásának csökkentésére.
A kutatásokhoz sokféle sejt áll rendelkezésre, beleértve a bevált sejtvonalakat és az őssejteket. Mivel az őssejtek képesek számos különböző sejttípussá differenciálódni, a kutatók izgatottan várják a kutatási modellként való felhasználásukat. Az indukált pluripotens őssejtek (iPSC) nagyon értékes eszközzé válnak a laboratóriumban, mivel a sejttechnika fejlődése lehetővé teszi a kutatók számára, hogy felnőtt testsejteket gyűjtsenek az emberektől, azokat embrionális őssejt-szerű állapotba programozzák át, és végül a sejteket a kívánt sejttípussá differenciálják. Ezeket a sejteket már használják a gyógyszerfejlesztésben és a betegségek modellezésében. Mivel különböző betegségekben szenvedő betegektől származhatnak, az iPSC-k fontos szerepet játszanak a személyre szabott gyógyászatban.
Sok tanulmány műanyag tányéron, sík monorétegben növesztett sejtekre támaszkodik, míg mások három dimenzióban próbálják vizsgálni a sejteket, hogy jobban utánozzák az in vivo forgatókönyvet.
“Organoidok”
Az őssejtbiológia fejlődése megkönnyítette az “organoidoknak” nevezett komplex modellek, miniatűr in vitro szervek létrehozását, amelyek a valódi szervek szerkezetének és működésének egy részét utánozzák. Ezek a modellek akkor alakulnak ki, amikor a sejtek önszerveződnek és komplex háromdimenziós struktúrákba szerveződnek. Az organoidok többek között betegségek modelljeként, toxikológiai és gyógyszerkutatási vizsgálatokban, valamint a szervfejlődés tanulmányozásában használhatók. Számos organoidot már létrehoztak, többek között a vesét, a májat, a szívet és a tüdőt.
“Organs-on-chips”
A szöveti és szervi szintű működés szimulálására kifejlesztett további modellek az “organs-on-chips”, élő sejtekkel bélelt csatornákkal ellátott mikrofluidikus sejttenyésztő eszközök. Ezeket úgy tervezték, hogy utánozzák az in vivo látható multicelluláris architektúrát és biokémiai és mechanikai mikrokörnyezetet. Ezek a “mini-orgánumok” olyan rugalmas platformokon növesztett sejteket tartalmaznak, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy alakjukat megváltoztassák, és olyan módon reagáljanak a fizikai jelzésekre, ami a hagyományos két- vagy háromdimenziós kultúrákban nem lehetséges. Ezek az eszközök segíthetnek a kutatóknak jobban megérteni a sejtek genetikai, biokémiai és metabolikus tevékenységét a funkcionális szövetek és szervek kontextusában.
Számos mikrokonstruált szervmodellt hoztak már létre és optimalizálnak, többek között a máj, a tüdő, a vese, a bél, a csont, a mell, a szem és az agy modelljeit. A remény az, hogy az ilyen, emberi sejtekkel kifejlesztett mikrorendszerek kiválthatják a költséges és rosszul előrejelző állatkísérleteket, pontosabbá és emberközelibbé téve a gyógyszerfejlesztés és a toxikológiai vizsgálatok folyamatát. Ezeket a modelleket úgy lehetne megtervezni, hogy specifikus betegségállapotokat utánozzanak, valamint a szövetfejlődés és a szervi fiziológia tanulmányozására, potenciálisan csökkentve az állatkísérletek szükségességét ezeken és más kutatási területeken.
“Human-on-a-Chip”
A Food and Drug Administration (FDA) nemrégiben együttműködött a Defense Advanced Research Projects Agency-vel (DARPA) és a National Institutes of Health-gel (NIH) a Human-on-a-Chip nevű projektben. A Human-on-a-chip esetében a fentebb ismertetett egyedi szervekre vonatkozó megközelítésre építve a Human-on-a-chip célja egy olyan miniatűr háromdimenziós modell létrehozása, amely 10 különböző emberi miniszervet tartalmaz, amelyek fiziológiai rendszerré kapcsolódnak össze. Mivel ezek az egyes szervek összekapcsolódnának és egész rendszerként működnének, a human-on-a-chip nagyobb valószínűséggel utánozná az emberi test tevékenységeit és biológiai folyamatait. Miközben ez az új eszköz képes forradalmasítani a toxikológiai vizsgálatokat, olyan módon is módosítható, amely megkönnyítené a különböző betegségállapotok tanulmányozását. A remények szerint ez az eszköz – összetettsége és emberi vonatkozásai miatt – képes lesz helyettesíteni vagy csökkenteni a kísérletekbe bevont állatok számát.
Az első kísérletek, amelyek során különböző szerveket kapcsolnak össze ugyanazon a chipen, már megtörténtek. Bár még kihívások várnak ránk, a jelenlegi modellek erősen bizonyították, hogy a különböző szervek közötti funkcionális kölcsönhatások elemezhetőek ezekben az eszközökben.
Számítógépes szimuláció
A szimulációs technológia fejlődése megkönnyíti a biológiai rendszerek összetett és kifinomult modelljeinek kidolgozását. Amellett, hogy a szimulátorok olyan tudományos előzményeket modelleznek, amelyeket már megértettünk és amelyekről már gyűjtöttünk adatokat, a szimulátorok azáltal is előmozdítják a megértésünket, hogy lehetővé teszik számunkra új ötletek tesztelését és különböző kísérleti feltételek kipróbálását. A szimuláció a hagyományos kísérleti tudomány alternatívájaként szolgálhat, és további előnye, hogy a szimulációs technológia segítségével olyan kísérleteket is el lehet végezni, amelyek hagyományos módon nem lennének kivitelezhetőek vagy túl drágák.
Autopsziás vizsgálatok és a postmortem minták tanulmányozása
Autopszia az orvosok által végzett orvosi eljárások, amelyek során egy személy testét a halála után alaposan megvizsgálják. Az egyén halálának okára és módjára vonatkozó információk megszerzése mellett számos betegségre és sérülésre vonatkozó információ is begyűjthető. Az eljárás során az orvosok meghatározhatják az egyén halálának okát, megtudhatják, hogyan fejlődik egy betegség, és hogy a betegségekre adott kezelések hatásosak voltak-e, valamint szövetmintákat és testnedveket gyűjthetnek további vizsgálatokhoz.
Epidemiológiai vizsgálatok
A járványtan olyan kutatási terület, amely a betegségek előfordulásának, eloszlásának és ellenőrzésének vizsgálatára összpontosít egy populációban, lehetővé téve a tudósok számára, hogy a legjobban megértsék, hogyan, mikor és hol fordulnak elő betegségek. Az epidemiológusok fontos szerepet játszanak a tudomány fejlődésében, valamint az emberi egészség és jólét javításában, mivel a betegségek és más emberi egészségügyi problémák okainak vizsgálatával megelőzhetik a betegségek terjedését, és megakadályozhatják a közegészségügyi problémák megismétlődését. Az epidemiológus egyik fontos feladata, hogy megpróbálja meghatározni a betegségekkel kapcsolatos kockázati tényezőket (pl. környezeti és életmódbeli tényezők), valamint azokat a tényezőket, amelyek segíthetnek megvédeni a betegségektől.
Epidemiológiai vizsgálatok kimutatták a dohányzás és a rák közötti kapcsolatot, és feltárták a kémiai expozíció és a munkahelyi betegségek közötti összefüggést. Bár az epidemiológiai vizsgálatok nem bizonyítják, hogy az egyes kockázati tényezők valóban a vizsgált betegséget okozzák, azt mutatják, hogy az egyes kockázati tényezők összefüggést mutatnak a betegség előfordulási gyakoriságával.
Noninvazív képalkotás
A testről képet adó orvosi technológiák – köztük a mágneses rezonancia képalkotás (MRI), a komputertomográfia (CT) és az ultrahang – alkalmazása nagyban hozzájárult a test működésének megértéséhez, és fontos szerepet játszik a diagnosztikai orvoslásban. Ezeknek a technikáknak a használata helyettesítési alternatívaként szolgálhat, mivel közvetlenül a betegpopulációkból nyerhetőek értelmes adatok.
Noha a NAVS úgy véli, hogy a 3R általános célja az állatok felhasználásának helyettesítése, a képalkotó technikák fontos szerepet játszhatnak az állatok kísérleti felhasználásának csökkentésében és finomításában is. Ha például egy állatmodellben a betegség progresszióját vizsgálják, a kutatók hetente feláldozhatnak állatokat az adatgyűjtéshez. Ha azonban ehelyett képalkotást használnak, sorozatos vizsgálatokat végezhetnek ugyanazon az állaton, és az állatokat életük során nyomon követhetik, jelentősen csökkentve a felhasznált állatok számát. A képalkotás finomítási alternatívaként is szolgálhat, lehetővé téve kevesebb invazív eljárás elvégzését.
Mikrodózisozás
A “nulladik fázisú” klinikai vizsgálatok, más néven mikrodózisozás egy olyan megközelítés, amely csökkentheti az állatokon végzett biztonsági és toxikológiai vizsgálatokon áteső gyógyszerek számát, ami a vizsgálatokhoz felhasznált állatok számának csökkenését eredményezné.
A nulladik fázisú vizsgálatokban nagyon kis számú emberi önkéntes, egy vagy két ember kapna nagyon kis mennyiséget egy új gyógyszerből, olyan alacsony dózist, amely nem okoz farmakológiai hatást vagy mellékhatást. Ezekből a vizsgálatokból meghatározható a vegyület sorsa az emberi szervezetben, beleértve az arra vonatkozó információkat, hogy a szervezet hogyan szívja fel, osztja el és metabolizálja a gyógyszert. Mivel az új vegyület mikrodózisa olyan alacsony, az emberi önkéntesre jelentkező kockázat nagyon kicsi. Ez a fajta vizsgálati paradigma nagy lehetőséget rejt magában az új vegyületek biztonságossági, farmakológiai és toxicitási vizsgálataihoz használt állatok számának jelentős csökkentésére, mivel ha egy új vegyület nem fejti ki a kívánt hatást embereken, akkor a vegyületet nem kell további biztonsági vizsgálatoknak alávetni állatokon.