Strona główna >>Co robimy >>Dalej informujemy >>Kącik naukowy >>
Ci, którzy bronią wykorzystywania zwierząt w badaniach twierdzą, że zwierzęta nie-ludzkie są wystarczająco podobne do ludzi, aby uczynić je naukowo odpowiednimi modelami ludzi, ale wystarczająco różne, aby moralnie akceptować eksperymenty na nich. Oprócz etycznych zastrzeżeń wobec zadawania cierpienia innym czującym gatunkom, nieodłączne problemy związane z modelami zwierzęcymi – w tym różnice w stosunku do ludzi zarówno pod względem wielkości, jak i fizjologii, różnice genetyczne i różnice w celach biologicznych – ograniczają możliwość przełożenia danych zebranych na modelu zwierzęcym na ludzi.
Co więcej, kiedy zwierzęta są wykorzystywane w badaniach nad chorobami ludzkimi, sztuczny sposób, w jaki choroba jest wywoływana u zwierzęcia, jest daleki od sposobu, w jaki choroby występują naturalnie u ludzi, co ogranicza wartość takich badań. Zasadność, przydatność, koszty i etyka doświadczeń naukowych opartych na modelach zwierzęcych są coraz częściej kwestionowane – nie tylko przez obrońców zwierząt, ale także przez społeczność naukową – dlatego tak ważne jest, aby naukowcy opracowali i wykorzystywali modele, które lepiej odzwierciedlają ludzką biologię i dają nam najlepszą możliwą szansę na poprawę ludzkiego zdrowia i dobrobytu.
W poniższej części opisano zarówno tradycyjne, jak i najnowocześniejsze alternatywy, które obiecują ograniczenie, udoskonalenie i ostateczne zastąpienie wykorzystywania zwierząt w nauce.
Hodowla komórkowa in vitro
Hodowla komórkowa odnosi się do wzrostu komórek pobranych ze zwierzęcia lub rośliny w odpowiednim sztucznym środowisku zawierającym istotne składniki, takie jak składniki odżywcze, czynniki wzrostu i gazy. Hodowle komórkowe mogą być wykorzystywane do badań normalnej funkcji komórek, w badaniach przesiewowych i rozwoju leków oraz do produkcji związków biologicznych, takich jak białka terapeutyczne. Komórki w kulturach łatwiej poddają się manipulacjom molekularnym, są szybsze, tańsze i bardziej powtarzalne niż modele zwierzęce. Co ważne, komórki ludzkie mogą być badane in vitro i oferują potencjał zmniejszenia wykorzystania zwierząt w kilku obszarach badań.
Wiele różnych rodzajów komórek jest dostępnych do wykorzystania w badaniach, w tym ustalone linie komórkowe i komórki macierzyste. Ponieważ komórki macierzyste mają zdolność do różnicowania się w wiele różnych typów komórek, badacze są podekscytowani ich wykorzystaniem jako modeli badawczych. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) stają się bardzo cennym narzędziem w laboratorium, ponieważ postęp w technikach komórkowych umożliwia naukowcom pobieranie od ludzi dorosłych komórek ciała, przeprogramowywanie ich do stanu przypominającego embrionalne komórki macierzyste i ostateczne różnicowanie komórek do interesującego ich typu. Komórki te są już wykorzystywane w opracowywaniu leków i modelowaniu chorób. Ponieważ mogą one pochodzić od pacjentów z różnymi chorobami, iPSC odgrywają ważną rolę w medycynie spersonalizowanej.
Wiele badań polega na komórkach hodowanych na plastikowych naczyniach w płaskiej monowarstwie, podczas gdy inne próbują badać komórki w trzech wymiarach, aby lepiej naśladować scenariusz in vivo.
„Organoidy”
Postępy w biologii komórek macierzystych ułatwiły generowanie złożonych modeli zwanych „organoidami”, miniaturowych organów in vitro, które naśladują niektóre struktury i funkcje prawdziwych organów. Modele te powstają, gdy komórki samoistnie składają się i organizują w złożone struktury trójwymiarowe. Organoidy mogą być wykorzystywane jako modele chorób, w toksykologii i badaniach nad odkrywaniem leków, a także w badaniach nad rozwojem organów, między innymi w innych dziedzinach badań. Wygenerowano już wiele organoidów, w tym nerki, wątrobę, serce i płuca.
„Organy na chipach”
Innymi modelami opracowanymi w celu symulowania funkcjonalności tkanek i organów są „organy na chipach”, mikrofluidyczne urządzenia do hodowli komórkowej z kanałami wyłożonymi żywymi komórkami. Są one zaprojektowane tak, aby naśladować wielokomórkową architekturę oraz biochemiczne i mechaniczne mikrośrodowisko widziane in vivo. Te „mini-organy” zawierają komórki hodowane na elastycznych platformach, które umożliwiają im zmianę kształtu i reagowanie na bodźce fizyczne w sposób niemożliwy do uzyskania w tradycyjnych hodowlach dwu- lub trójwymiarowych. Takie narzędzia mogą pomóc badaczom lepiej zrozumieć genetyczną, biochemiczną i metaboliczną aktywność komórek w kontekście funkcjonalnych tkanek i organów.
Wiele modeli organów poddanych mikroinżynierii zostało już wygenerowanych i nadal jest optymalizowanych, w tym modele wątroby, płuc, nerek, jelit, kości, piersi, oka i mózgu. Istnieje nadzieja, że takie mikrosystemy, opracowane przy użyciu ludzkich komórek, mogą zastąpić kosztowne i słabo predykcyjne testy na zwierzętach, czyniąc proces opracowywania leków i badania toksykologiczne bardziej dokładnym i odpowiadającym potrzebom ludzi. Modele te mogłyby być zaprojektowane do naśladowania określonych stanów chorobowych oraz do badania rozwoju tkanek i fizjologii organów, potencjalnie zmniejszając potrzebę przeprowadzania testów na zwierzętach w tych i innych obszarach badań.
„Human-on-a-Chip”
Administracja ds. Żywności i Leków (FDA) ostatnio współpracowała z Agencją Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) oraz Narodowymi Instytutami Zdrowia (NIH) nad projektem o nazwie Human-on-a-Chip. Opierając się na opisanym powyżej podejściu do pojedynczych narządów na chipie, celem Human-on-a-Chip jest wygenerowanie miniaturowego modelu 3-D, który zawiera 10 różnych ludzkich mini-organów połączonych razem w celu utworzenia systemu fizjologicznego. Ponieważ te poszczególne narządy byłyby połączone ze sobą i funkcjonowałyby jako cały system, człowiek-on-a-chip miałby większe szanse naśladować czynności i procesy biologiczne ludzkiego ciała. To nowe narzędzie ma szansę zrewolucjonizować badania toksykologiczne, ale można je również zmodyfikować w sposób, który ułatwiłby badanie różnych stanów chorobowych. Istnieje nadzieja, że narzędzie to, ze względu na swoją złożoność i znaczenie dla człowieka, będzie w stanie zastąpić lub zmniejszyć liczbę zwierząt zaangażowanych w eksperymenty.
Pierwsze próby połączenia różnych narządów razem na tym samym chipie zostały już podjęte. Podczas gdy przed nami stoją wyzwania, obecne modele dostarczyły silnego dowodu koncepcji, że funkcjonalne interakcje pomiędzy różnymi organami mogą być analizowane w tych urządzeniach.
Symulacja komputerowa
Postępy w technologii symulacji ułatwiają rozwój złożonych i wyrafinowanych modeli systemów biologicznych. Oprócz modelowania zjawisk w nauce, które już rozumiemy i dla których zebraliśmy dane, symulatory przyspieszają nasze zrozumienie, pozwalając nam na testowanie nowych pomysłów i wypróbowywanie różnych warunków eksperymentalnych. Symulacja może służyć jako alternatywa dla tradycyjnej nauki eksperymentalnej i ma ten dodatkowy atut, że eksperymenty, które mogą być niepraktyczne lub zbyt kosztowne do wykonania tradycyjnie, mogą być wykonane przy użyciu technologii symulacyjnej.
Badania autopsyjne i badanie próbek pośmiertnych
Autopsje są procedurami medycznymi wykonywanymi przez lekarzy, w których ciało osoby jest dokładnie badane po śmierci. Oprócz uzyskania informacji na temat przyczyny i sposobu śmierci danej osoby, można również zebrać wiele informacji na temat chorób i obrażeń. Podczas tej procedury lekarze mogą ustalić przyczynę śmierci danej osoby, dowiedzieć się, jak postępuje choroba i czy określone sposoby leczenia chorób były skuteczne, a także pobrać próbki tkanek i płynów ustrojowych do dodatkowych badań.
Badania epidemiologiczne
Epidemiologia to dziedzina badań skoncentrowana na badaniu występowania, rozmieszczenia i kontroli chorób w populacji, umożliwiająca naukowcom najlepsze zrozumienie, jak, kiedy i gdzie występują choroby. Epidemiolodzy odgrywają ważną rolę w rozwoju nauki i poprawie zdrowia ludzkiego i dobrobytu, ponieważ ich badania przyczyn chorób i innych problemów zdrowotnych ludzi mogą zapobiec rozprzestrzenianiu się chorób i zatrzymać problemy zdrowia publicznego z ponownego wystąpienia. Jednym z ważnych zadań epidemiologa jest próba określenia czynników ryzyka (np. czynników środowiskowych i stylu życia) związanych z chorobą, jak również czynników, które mogą pomóc w ochronie przed chorobą.
Badania epidemiologiczne wykazały związek między paleniem tytoniu a rakiem oraz ujawniły związek między narażeniem na działanie substancji chemicznych a chorobą w sektorze zawodowym. Chociaż badania epidemiologiczne nie dowodzą, że określone czynniki ryzyka rzeczywiście powodują badaną chorobę, to jednak wykazują korelację określonych czynników ryzyka z częstością występowania choroby.
Nieinwazyjne obrazowanie
Użycie technologii medycznych, które dostarczają obrazów ciała, w tym rezonansu magnetycznego (MRI), tomografii komputerowej (CT) i ultradźwięków, znacznie zwiększyło nasze zrozumienie funkcjonowania organizmu i odgrywa ważną rolę w medycynie diagnostycznej. Wykorzystanie tych technik może służyć jako alternatywa zastępcza, ponieważ znaczące dane można uzyskać bezpośrednio z populacji pacjentów.
Ale NAVS uważa, że ogólnym celem 3R jest zastąpienie wykorzystywania zwierząt, techniki obrazowania mogą również odegrać ważną rolę w ograniczeniu i udoskonaleniu wykorzystywania zwierząt w doświadczeniach. Na przykład, jeśli bada się postęp choroby w modelu zwierzęcym, naukowcy mogą poświęcać zwierzęta co tydzień, aby zebrać dane. Jeśli jednak zamiast tego stosuje się obrazowanie, można przeprowadzać seryjne badania na tym samym zwierzęciu i monitorować je przez całe życie, co znacznie ogranicza liczbę wykorzystywanych zwierząt. Obrazowanie może również służyć jako alternatywa udoskonalania, umożliwiając wykonanie mniejszej liczby procedur inwazyjnych.
Mikrodozowanie
Badania kliniczne „fazy zerowej”, znane również jako mikrodozowanie, są podejściem, które może zmniejszyć liczbę leków przechodzących badania bezpieczeństwa i toksykologiczne na zwierzętach, co zmniejszyłoby liczbę zwierząt wykorzystywanych w badaniach.
W próbach fazy zero, bardzo mała liczba ochotników, jedna lub dwie osoby, otrzymają bardzo małą ilość nowego leku, dawkę tak niską, że nie spowoduje ona efektu farmakologicznego lub reakcji niepożądanej. Na podstawie tych badań można określić losy związku w organizmie człowieka, w tym informacje o tym, jak organizm wchłania, rozprowadza i metabolizuje lek. Ponieważ mikrodawka nowego związku jest tak mała, ryzyko dla ochotnika jest bardzo małe. Ten rodzaj paradygmatu testowania ma wielki potencjał do znacznego zmniejszenia liczby zwierząt wykorzystywanych w badaniach bezpieczeństwa, farmakologii i toksyczności nowych związków, ponieważ jeśli nowy związek nie ma pożądanego efektu u ludzi, to związek nie musiałby przechodzić dodatkowych badań bezpieczeństwa na zwierzętach.