Alternative la cercetarea pe animale

Acasă >> Ce facem >> Vă ținem la curent >> Colțul științei >>

Cei care apără utilizarea animalelor în cercetare susțin că animalele neumane se aseamănă suficient de mult cu oamenii pentru a fi modele adecvate din punct de vedere științific, dar sunt suficient de diferite pentru ca experimentele pe ele să fie acceptabile din punct de vedere moral. Pe lângă obiecțiile etice privind provocarea de suferință altor specii simțitoare, problemele inerente modelelor animale – inclusiv diferențele față de oameni, atât în ceea ce privește mărimea, cât și fiziologia, diferențele genetice și variațiile în ceea ce privește țintele biologice – limitează capacitatea datelor colectate de pe un model animal de a fi transpuse la oameni.

În plus, atunci când animalele sunt utilizate în studii privind bolile umane, modul artificial în care boala este indusă la animal este foarte departe de modul în care bolile apar în mod natural la oameni, limitând valoarea unor astfel de studii. Validitatea, utilitatea, cheltuielile și etica experimentelor științifice care se bazează pe modele animale sunt din ce în ce mai mult puse sub semnul întrebării – nu numai de către apărătorii animalelor, ci și de către cei din comunitatea științifică – motiv pentru care este esențial ca cercetătorii să dezvolte și să utilizeze modele care să reflecte mai bine biologia umană și să ne ofere cele mai bune șanse posibile de a îmbunătăți sănătatea și bunăstarea oamenilor.

Secțiunea următoare descrie atât alternativele tradiționale, cât și cele de ultimă generație, care oferă promisiunea de a reduce, perfecționa și, în cele din urmă, de a înlocui utilizarea animalelor în știință.

Cultura celulară in vitro

Cultura celulară se referă la creșterea celulelor prelevate de la un animal sau de la o plantă într-un mediu artificial adecvat care conține componente esențiale, cum ar fi nutrienți, factori de creștere și gaze. Cultura celulară poate fi utilizată pentru studii privind funcționarea normală a celulelor, în depistarea și dezvoltarea de medicamente și pentru producerea de compuși biologici, cum ar fi proteinele terapeutice. Celulele în cultură sunt mai ușor de manipulat din punct de vedere molecular, mai rapide, mai ieftine și mai ușor de reprodus decât modelele animale. În mod important, celulele umane pot fi studiate in vitro și oferă potențialul de a reduce utilizarea animalelor în mai multe domenii de studiu.

Multe tipuri diferite de celule sunt disponibile pentru a fi utilizate în cercetare, inclusiv linii celulare stabilite și celule stem. Deoarece celulele stem au capacitatea de a se diferenția în multe tipuri diferite de celule, cercetătorii sunt entuziasmați de utilizarea lor ca modele de cercetare. Celulele stem pluripotente induse (iPSC) devin un instrument foarte valoros în laborator, deoarece progresele în domeniul tehnicilor celulare permit cercetătorilor să colecteze celule corporale adulte de la oameni, să le reprogrameze într-o stare asemănătoare cu cea a celulelor stem embrionare și, în cele din urmă, să diferențieze celulele într-un tip de celule de interes. Aceste celule sunt deja utilizate în dezvoltarea de medicamente și în modelarea bolilor. Deoarece pot fi derivate de la pacienți cu diferite boli, iPSC-urile joacă roluri importante în medicina personalizată.

Multe studii se bazează pe celule cultivate pe farfurii de plastic într-un monostrat plat, în timp ce altele încearcă să studieze celulele în trei dimensiuni pentru a imita mai bine scenariul in vivo.

„Organoizi”

Progresele în biologia celulelor stem au facilitat generarea de modele complexe numite „organoizi”, organe miniaturale in vitro care imită o parte din structura și funcția organelor reale. Aceste modele se formează atunci când celulele se autoasamblează și se organizează în structuri tridimensionale complexe. Organoizii pot fi utilizați ca modele de boli, în studii de toxicologie și de descoperire a medicamentelor, precum și în studii privind dezvoltarea organelor, printre alte domenii de cercetare. Multe organoide au fost deja generate, inclusiv rinichi, ficat, inimă și plămâni.

„Organe pe cipuri”

Alte modele dezvoltate pentru a simula funcționalitatea la nivel de țesut și organ sunt „organele pe cipuri”, dispozitive microfluidice de cultură celulară cu canale căptușite cu celule vii. Acestea sunt concepute pentru a imita arhitectura multicelulară și micro-mediul biochimic și mecanic observate in vivo. Aceste „mini-organe” conțin celule cultivate pe platforme flexibile care le permit să își schimbe forma și să răspundă la indicii fizice în moduri care nu sunt posibile cu culturile tradiționale 2-D sau 3-D. Astfel de instrumente pot ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine activitățile genetice, biochimice și metabolice ale celulelor în contextul unor țesuturi și organe funcționale.

O serie de modele de organe obținute prin microinginerie au fost deja generate și continuă să fie optimizate, inclusiv modele de ficat, plămân, rinichi, intestin, os, sân, ochi și creier. Speranța este că astfel de microsisteme, dezvoltate cu celule umane, pot înlocui testele costisitoare și slab predictive pe animale, făcând procesul de dezvoltare a medicamentelor și de testare toxicologică mai precis și mai relevant pentru om. Aceste modele ar putea fi concepute pentru a imita stări de boală specifice și pentru a studia dezvoltarea țesuturilor și fiziologia organelor, reducând potențial nevoia de testare pe animale în aceste și alte domenii de cercetare.

„Human-on-a-Chip”

Administrația pentru Alimente și Medicamente (FDA) a colaborat recent cu Agenția pentru Proiecte de Cercetare Avansată în domeniul Apărării (DARPA) și cu Institutele Naționale de Sănătate (NIH) pentru a lucra la un proiect numit Human-on-a-Chip. Pornind de la abordarea descrisă mai sus pentru organele individuale pe un cip, scopul proiectului „human-on-a-chip” este de a genera un model miniatural 3D care include 10 mini-organe umane diferite legate între ele pentru a forma un sistem fiziologic. Deoarece aceste organe individuale ar fi legate între ele și ar funcționa ca un întreg sistem, „omul pe un cip” ar avea mai multe șanse să imite activitățile și procesele biologice ale corpului uman. În timp ce acest nou instrument are capacitatea de a revoluționa testarea toxicologică, el poate fi, de asemenea, modificat în moduri care ar facilita studierea diferitelor stări de boală. Speranța este că acest instrument, datorită complexității și relevanței sale pentru om, va putea înlocui sau reduce numărul de animale implicate în experimente.

S-au făcut deja primele încercări de a conecta diferite organe între ele pe același cip. Deși mai sunt provocări de rezolvat, modelele actuale au oferit o dovadă solidă a conceptului că interacțiunile funcționale dintre diferite organe pot fi analizate în aceste dispozitive.

Simulare pe calculator

Progresele în tehnologia de simulare facilitează dezvoltarea de modele complexe și sofisticate ale sistemelor biologice. Pe lângă modelarea unor evenimente din știință pe care le înțelegem deja și pentru care am colectat date, simulatoarele fac să avanseze înțelegerea noastră, permițându-ne să testăm idei noi și să încercăm diferite condiții experimentale. Simularea poate servi ca o alternativă la știința experimentală tradițională și are avantajul suplimentar că experimentele care ar putea fi nepractice sau prea costisitoare pentru a fi efectuate în mod tradițional pot fi realizate cu ajutorul tehnologiei de simulare.

Studii de autopsie și studiul specimenelor postmortem

Autopsiile sunt proceduri medicale efectuate de medici prin care corpul unei persoane este examinat în detaliu după moarte. Pe lângă dobândirea de informații despre cauza și modul în care a survenit decesul unei persoane, pot fi colectate și numeroase informații despre boli și leziuni. În timpul procedurii, medicii pot determina cauza decesului unui individ, pot afla cum evoluează o boală și dacă tratamentele specifice pentru boli au fost eficiente și pot colecta mostre de țesuturi și fluide corporale pentru studii suplimentare.

Studii epidemiologice

Epidemiologia este un domeniu de cercetare axat pe studiul incidenței, distribuției și controlului bolilor într-o populație, permițând oamenilor de știință să înțeleagă cel mai bine cum, când și unde apar bolile. Epidemiologii joacă un rol important în avansarea științei și în îmbunătățirea sănătății și bunăstării oamenilor, deoarece investigațiile lor asupra cauzelor bolilor și a altor probleme de sănătate umană pot preveni răspândirea bolilor și pot împiedica apariția din nou a problemelor de sănătate publică. Una dintre sarcinile importante ale unui epidemiolog este aceea de a încerca să determine factorii de risc (de exemplu, factorii de mediu și stilul de viață) asociați cu boala, precum și factorii care pot ajuta la protejarea împotriva bolii.

Studiile epidemiologice au demonstrat relația dintre fumat și cancer și au dezvăluit asocierea dintre expunerea la substanțe chimice și boli în sectorul profesional. Deși studiile epidemiologice nu dovedesc că anumiți factori de risc cauzează de fapt boala investigată, ele arată corelația dintre anumiți factori de risc și incidența bolii.

Imagistica noninvazivă

Utilizarea tehnologiilor medicale care oferă imagini ale corpului, inclusiv imagistica prin rezonanță magnetică (IRM), tomografia computerizată (CT) și ultrasunetele, au sporit foarte mult înțelegerea noastră cu privire la modul în care funcționează organismul și joacă un rol important în medicina de diagnosticare. Utilizarea acestor tehnici poate servi ca o alternativă de înlocuire, deoarece datele semnificative pot fi obținute direct de la populațiile de pacienți.

Deși NAVS consideră că obiectivul general al celor 3R este înlocuirea utilizării animalelor, tehnicile de imagistică pot juca, de asemenea, un rol important în reducerea și perfecționarea utilizării animalelor în experimente. De exemplu, dacă se analizează evoluția bolii într-un model animal, cercetătorii pot sacrifica animale în fiecare săptămână pentru a colecta date. Dar dacă în schimb se utilizează imagistica, aceștia pot efectua studii în serie pe același animal și pot monitoriza animalele pe parcursul vieții lor, reducând semnificativ numărul de animale utilizate. Imagistica poate servi, de asemenea, ca o alternativă de rafinare, permițând efectuarea mai puține proceduri invazive.

Microdozare

Studiile clinice de „fază zero”, cunoscute și sub numele de microdozare, reprezintă o abordare care poate reduce numărul de medicamente care trec prin teste de siguranță și toxicologie pe animale, ceea ce ar reduce numărul de animale utilizate în teste.

În studiile de fază zero, un număr foarte mic de voluntari umani, una sau două persoane, ar primi o cantitate foarte mică de un medicament nou, o doză atât de mică încât nu va produce un efect farmacologic sau o reacție adversă. Din aceste studii, se poate determina soarta compusului în organismul uman, inclusiv informații despre modul în care organismul absoarbe, distribuie și metabolizează medicamentul. Deoarece microdoza noului compus este atât de mică, riscul pentru voluntarul uman este foarte mic. Acest tip de paradigmă de testare are un mare potențial de reducere substanțială a numărului de animale utilizate în studiile de siguranță, farmacologice și de toxicitate ale noilor compuși, deoarece, dacă un compus nou nu are efectul dorit la om, atunci compusul nu ar trebui să fie supus unor studii suplimentare de siguranță pe animale.

.