Home >> What We Do >> Keep You Informed >> Science Corner >>
Degenen die het gebruik van dieren voor onderzoek verdedigen, beweren dat niet-menselijke dieren genoeg op mensen lijken om ze wetenschappelijk adequate modellen van de mens te maken, maar verschillend genoeg zijn om het moreel aanvaardbaar te maken op hen te experimenteren. Naast de ethische bezwaren tegen het veroorzaken van lijden aan andere gevoelige soorten, beperken inherente problemen met diermodellen – waaronder verschillen van mensen in zowel grootte als fysiologie, genetische verschillen, en variaties in biologische doelen – de mogelijkheid om gegevens die van een diermodel zijn verzameld te vertalen naar mensen.
Daar komt bij dat, wanneer dieren worden gebruikt voor onderzoek naar ziekten bij de mens, de kunstmatige manier waarop de ziekte bij het dier wordt opgewekt ver afstaat van de manier waarop ziekten van nature bij mensen voorkomen, waardoor de waarde van dergelijk onderzoek wordt beperkt. De geldigheid, het nut, de kosten en de ethiek van wetenschappelijke experimenten die steunen op diermodellen worden steeds meer in twijfel getrokken – niet alleen door voorstanders van dieren, maar ook door mensen in de wetenschappelijke gemeenschap – daarom is het essentieel voor onderzoekers om modellen te ontwikkelen en te gebruiken die de menselijke biologie beter weerspiegelen en ons de best mogelijke kans geven om de menselijke gezondheid en het welzijn te verbeteren.
Hieronder worden zowel traditionele als geavanceerde alternatieven beschreven die de belofte inhouden van vermindering, verfijning en uiteindelijk vervanging van het gebruik van dieren in de wetenschap.
In vitro celcultuur
Celcultuur verwijst naar de groei van cellen afkomstig van een dier of plant in een geschikte kunstmatige omgeving die essentiële componenten bevat, zoals voedingsstoffen, groeifactoren en gassen. Celkweek kan worden gebruikt voor onderzoek naar de normale celfunctie, voor het opsporen en ontwikkelen van geneesmiddelen en voor de productie van biologische verbindingen zoals therapeutische eiwitten. Cellen in kweek zijn gemakkelijker moleculair te manipuleren, sneller, goedkoper en beter reproduceerbaar dan diermodellen. Belangrijk is dat menselijke cellen in vitro kunnen worden bestudeerd en de mogelijkheid bieden om het gebruik van dieren op verschillende studiegebieden te verminderen.
Veel verschillende soorten cellen zijn beschikbaar voor gebruik in onderzoek, waaronder gevestigde cellijnen en stamcellen. Omdat stamcellen het vermogen hebben om te differentiëren in veel verschillende soorten cellen, zijn onderzoekers enthousiast over hun gebruik als onderzoeksmodellen. Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC’s) worden een zeer waardevol instrument in het laboratorium, aangezien de vooruitgang in cellulaire technieken onderzoekers in staat stelt volwassen lichaamscellen van mensen te verzamelen, deze te herprogrammeren tot een embryonale stamcelachtige toestand en de cellen uiteindelijk te differentiëren tot een celtype van belang. Deze cellen worden reeds gebruikt bij de ontwikkeling van geneesmiddelen en het modelleren van ziekten. Omdat ze kunnen worden afgeleid van patiënten met verschillende ziekten, spelen iPSC’s een belangrijke rol in de gepersonaliseerde geneeskunde.
Vele studies vertrouwen op cellen gekweekt op plastic schaaltjes in een platte monolaag, terwijl andere proberen cellen in drie dimensies te bestuderen om het in vivo scenario beter na te bootsen.
“Organoïden”
Vorderingen in de stamcelbiologie hebben het mogelijk gemaakt complexe modellen te genereren die “organoïden” worden genoemd, miniatuur in vitro organen die een deel van de structuur en functie van echte organen nabootsen. Deze modellen worden gevormd wanneer cellen zichzelf assembleren en organiseren in complexe 3D-structuren. Organoïden kunnen worden gebruikt als ziektemodellen, in toxicologie- en geneesmiddelenstudies en in studies van orgaanontwikkeling, naast andere onderzoeksgebieden. Veel organoïden zijn al gegenereerd, met inbegrip van de nier, lever, hart en longen.
“Organen-op-chips”
Andere modellen ontwikkeld om weefsel en orgaan-niveau functionaliteit te simuleren zijn “organen-op-chips,” microfluïdische celkweek apparaten met kanalen bekleed door levende cellen. Zij zijn ontworpen om de meercellige architectuur en de biochemische en mechanische micro-omgeving na te bootsen die in vivo wordt waargenomen. Deze “mini-orgaantjes” bevatten cellen die zijn gekweekt op flexibele platforms die hen in staat stellen van vorm te veranderen en te reageren op fysieke signalen op manieren die niet mogelijk zijn met traditionele 2-D of 3-D kweekjes. Dergelijke hulpmiddelen kunnen onderzoekers helpen een beter inzicht te krijgen in de genetische, biochemische en metabolische activiteiten van cellen in de context van functionele weefsels en organen.
Er zijn al een aantal gemicro-engineerde orgaanmodellen gegenereerd en deze worden nog steeds geoptimaliseerd, met inbegrip van modellen van de lever, longen, nieren, darmen, botten, borst, ogen en hersenen. De hoop is dat dergelijke microsystemen, ontwikkeld met menselijke cellen, dure en slecht voorspellende dierproeven kunnen vervangen, waardoor het proces van geneesmiddelenontwikkeling en toxicologisch onderzoek nauwkeuriger en meer op de mens afgestemd wordt. Deze modellen zouden kunnen worden ontworpen om specifieke ziektetoestanden na te bootsen en weefselontwikkeling en orgaanfysiologie te bestuderen, waardoor de behoefte aan dierproeven op deze en andere onderzoeksterreinen mogelijk afneemt.
“Human-on-a-Chip”
De Food and Drug Administration (FDA) heeft onlangs samengewerkt met het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en de National Institutes of Health (NIH) om te werken aan een project genaamd Human-on-a-Chip. Voortbouwend op de hierboven beschreven aanpak voor afzonderlijke organen-op-een-chip, is het doel van de “mens-op-een-chip” het genereren van een miniatuur 3D-model dat 10 verschillende menselijke mini-organen omvat die met elkaar verbonden zijn om een fysiologisch systeem te vormen. Omdat deze afzonderlijke organen met elkaar verbonden zouden zijn en als één geheel zouden functioneren, zou de “mens-op-een-chip” de activiteiten en biologische processen van het menselijk lichaam beter kunnen nabootsen. Hoewel dit nieuwe instrument een revolutie teweeg kan brengen op het gebied van toxicologisch onderzoek, kan het ook worden aangepast op manieren die het bestuderen van verschillende ziektetoestanden zouden vergemakkelijken. De hoop is dat dit instrument, vanwege zijn complexiteit en menselijke relevantie, in staat zal zijn het aantal proefdieren te vervangen of te verminderen.
De eerste pogingen om verschillende organen op dezelfde chip met elkaar te verbinden, zijn reeds gedaan. Hoewel er nog uitdagingen in het verschiet liggen, hebben de huidige modellen een sterk bewijs geleverd van het concept dat functionele interacties tussen verschillende organen in deze apparaten kunnen worden geanalyseerd.
Computer simulatie
De vooruitgang in de simulatietechnologie vergemakkelijkt de ontwikkeling van complexe en verfijnde modellen van biologische systemen. Naast het modelleren van voorvallen in de wetenschap die we al begrijpen en waarvoor we gegevens hebben verzameld, bevorderen simulatoren ons begrip doordat ze ons in staat stellen nieuwe ideeën te testen en verschillende experimentele omstandigheden uit te proberen. Simulatie kan dienen als alternatief voor traditionele experimentele wetenschap en heeft als bijkomend voordeel dat experimenten die onpraktisch of te duur zijn om traditioneel uit te voeren, kunnen worden uitgevoerd met behulp van simulatietechnologie.
Autopsiestudies en studie van postmortale specimens
Autopsies zijn medische procedures die door artsen worden uitgevoerd waarbij het lichaam van een persoon na zijn dood grondig wordt onderzocht. Naast het verkrijgen van informatie over de oorzaak en de wijze van overlijden, kan ook veel informatie over ziekte en letsel worden verzameld. Tijdens de procedure kunnen artsen de doodsoorzaak van een individu bepalen, leren hoe een ziekte verloopt en of specifieke behandelingen voor ziekten effectief zijn geweest, en weefselmonsters en lichaamsvloeistoffen verzamelen voor aanvullend onderzoek.
Epidemiologische studies
Epidemiologie is een onderzoeksgebied dat zich richt op de studie van de incidentie, verspreiding en beheersing van ziekten in een populatie, waardoor wetenschappers het beste kunnen begrijpen hoe, wanneer en waar ziekten optreden. Epidemiologen spelen een belangrijke rol bij het bevorderen van de wetenschap en het verbeteren van de gezondheid en het welzijn van de mens, omdat hun onderzoek naar de oorzaken van ziekten en andere gezondheidskwesties bij de mens de verspreiding van ziekten kan voorkomen en ervoor kan zorgen dat de volksgezondheidsproblemen zich niet meer voordoen. Een van de belangrijke taken van een epidemioloog is het trachten vast te stellen van risicofactoren (b.v. milieu- en leefstijlfactoren) die met ziekte in verband worden gebracht, alsmede van factoren die tegen ziekte kunnen helpen beschermen.
Epidemiologische studies hebben het verband aangetoond tussen roken en kanker en hebben het verband onthuld tussen blootstelling aan chemische stoffen en ziekte in de beroepssector. Hoewel epidemiologische studies niet bewijzen dat specifieke risicofactoren de onderzochte ziekte daadwerkelijk veroorzaken, tonen zij wel de correlatie aan van specifieke risicofactoren met de incidentie van ziekte.
Niet-invasieve beeldvorming
Het gebruik van medische technologieën die beelden van het lichaam verschaffen, waaronder magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), computertomografie (CT) en echografie, hebben ons begrip van de werking van het lichaam sterk vergroot en spelen een belangrijke rol in de diagnostische geneeskunde. Het gebruik van deze technieken kan dienen als een vervangend alternatief, aangezien zinvolle gegevens rechtstreeks aan patiëntenpopulaties kunnen worden ontleend.
Hoewel de NAVS van mening is dat het algemene doel van de 3V’s vervanging van het gebruik van dieren is, kunnen beeldvormingstechnieken ook een belangrijke rol spelen bij de vermindering en verfijning van het gebruik van dieren bij experimenten. Wanneer onderzoekers bijvoorbeeld de progressie van ziekten in een diermodel bestuderen, kunnen zij elke week dieren opofferen om gegevens te verzamelen. Maar als in plaats daarvan gebruik wordt gemaakt van beeldvorming, kunnen zij seriële studies uitvoeren op hetzelfde dier en de dieren gedurende hun hele leven volgen, waardoor het aantal gebruikte dieren aanzienlijk wordt verminderd. Beeldvorming kan ook dienen als een verfijningsalternatief, waardoor minder invasieve procedures kunnen worden uitgevoerd.
Microdosing
“Fase nul”-klinische proeven, ook bekend als microdosering, zijn een benadering waarmee het aantal geneesmiddelen dat veiligheids- en toxicologische tests op dieren doorloopt, kan worden verminderd, waardoor het aantal dieren dat voor tests wordt gebruikt, zou afnemen.
In fase-nulproeven zou een zeer klein aantal menselijke vrijwilligers, één of twee personen, een zeer lage hoeveelheid van een nieuw geneesmiddel krijgen, een dosis zo laag dat deze geen farmacologisch effect of bijwerking zal veroorzaken. Uit deze studies kan het lot van de verbinding in het menselijk lichaam worden bepaald, met inbegrip van informatie over de wijze waarop het lichaam het geneesmiddel absorbeert, verdeelt en metaboliseert. Omdat de microdosis van de nieuwe verbinding zo laag is, is het risico voor de menselijke vrijwilliger zeer klein. Dit soort testparadigma biedt grote mogelijkheden om het aantal dieren dat wordt gebruikt voor veiligheids-, farmacologische en toxiciteitsstudies van nieuwe verbindingen, aanzienlijk te verminderen, want als een nieuwe verbinding bij de mens niet het gewenste effect heeft, zou de verbinding geen extra veiligheidsstudies bij dieren behoeven te ondergaan.