Alternativ till djurförsök

Hem >> Vad vi gör >> Håll dig informerad >> Vetenskapshörnan >>

De som försvarar användningen av djur inom forskningen hävdar att icke-mänskliga djur är tillräckligt lika människor för att de ska kunna användas som vetenskapligt lämpliga modeller, men tillräckligt annorlunda för att det ska vara moraliskt godtagbart att utföra experiment på dem. Förutom de etiska invändningarna mot att orsaka lidande för andra kännande arter, begränsar inneboende problem med djurmodeller – inklusive skillnader från människor i både storlek och fysiologi, genetiska skillnader och variationer i biologiska mål – förmågan att överföra data som samlats in från en djurmodell till människor.

För övrigt är det konstgjorda sätt på vilket sjukdomen framkallas hos djuret, när djur används för studier av sjukdomar hos människor, långt ifrån det sätt på vilket sjukdomar uppträder naturligt hos människor, vilket begränsar värdet av sådana studier. Giltigheten, användbarheten, kostnaderna och etiken i vetenskapliga experiment som bygger på djurmodeller ifrågasätts alltmer – inte bara av djurförespråkare, utan även av personer i forskarsamhället – och därför är det viktigt att forskarna utvecklar och använder modeller som bättre återspeglar människans biologi och som ger oss bästa möjliga chans att förbättra människans hälsa och välbefinnande.

I följande avsnitt beskrivs både traditionella och banbrytande alternativ som lovar att minska, förfina och slutligen ersätta användningen av djur inom vetenskapen.

Cellodling in vitro

Cellodling avser tillväxt av celler som avlägsnats från ett djur eller en växt i en lämplig artificiell miljö som innehåller viktiga komponenter som näringsämnen, tillväxtfaktorer och gaser. Cellodling kan användas för studier av normal cellfunktion, för screening och utveckling av läkemedel och för produktion av biologiska föreningar, t.ex. terapeutiska proteiner. Celler i kultur är lättare att molekylärt manipulera, snabbare, billigare och mer reproducerbara än djurmodeller. Viktigt är att mänskliga celler kan studeras in vitro och ger möjlighet att minska användningen av djur inom flera studieområden.

Många olika typer av celler finns tillgängliga för användning inom forskningen, bland annat etablerade cellinjer och stamceller. Eftersom stamceller har förmågan att differentiera till många olika typer av celler är forskarna entusiastiska över deras användning som forskningsmodeller. Inducerade pluripotenta stamceller (iPSC) håller på att bli ett mycket värdefullt verktyg i laboratoriet, eftersom framsteg inom celltekniken gör det möjligt för forskare att samla in vuxna kroppsceller från människor, omprogrammera dem till ett embryonalt stamcellsliknande tillstånd och slutligen differentiera cellerna till en celltyp av intresse. Dessa celler används redan för läkemedelsutveckling och sjukdomsmodellering. Eftersom de kan härstamma från patienter med olika sjukdomar spelar iPSC viktiga roller inom personlig medicin.

Många studier förlitar sig på celler som odlas på plastskålar i ett platt monolager, medan andra försöker studera celler i tre dimensioner för att bättre efterlikna in vivo-scenariot.

”Organoider”

Förbättringar inom stamcellsbiologin har underlättat framställningen av komplexa modeller som kallas ”organoider”, miniatyrorgan in vitro som efterliknar en del av strukturen och funktionen hos riktiga organ. Dessa modeller bildas när cellerna självsamlar sig och organiserar sig till komplexa 3D-strukturer. Organoider kan bland annat användas som sjukdomsmodeller, i toxikologiska studier och studier av läkemedelsupptäckt samt i studier av organutveckling. Många organoider har redan genererats, bland annat njurar, lever, hjärta och lungor.

”Organs-on-chips”

Andra modeller som utvecklats för att simulera funktionalitet på vävnads- och organnivå är ”organs-on-chips”, mikrofluidiska cellodlingsanordningar med kanaler som kantas av levande celler. De är utformade för att efterlikna den flercelliga arkitekturen och den biokemiska och mekaniska mikromiljö som ses in vivo. Dessa ”miniorgan” innehåller celler som odlas på flexibla plattformar som gör det möjligt för dem att ändra form och reagera på fysiska signaler på ett sätt som inte är möjligt med traditionella 2D- eller 3D-odlingar. Sådana verktyg kan hjälpa forskarna att bättre förstå cellernas genetiska, biokemiska och metaboliska aktiviteter i samband med funktionella vävnader och organ.

Ett antal mikrokonstruerade organmodeller har redan skapats och fortsätter att optimeras, bland annat modeller av lever, lunga, njure, tarm, ben, bröst, öga och hjärna. Förhoppningen är att sådana mikrosystem, som utvecklats med mänskliga celler, kan ersätta kostsamma och dåligt förutsägbara djurförsök och göra processen för läkemedelsutveckling och toxikologiska tester mer exakt och relevant för människor. Dessa modeller skulle kunna utformas för att efterlikna specifika sjukdomstillstånd och för att studera vävnadsutveckling och organfysiologi, vilket skulle kunna minska behovet av djurförsök inom dessa och andra forskningsområden.

”Human-on-a-Chip”

Food and Drug Administration (FDA) samarbetade nyligen med Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) och National Institutes of Health (NIH) för att arbeta med ett projekt som kallas Human-on-a-Chip. Med utgångspunkt i det tillvägagångssätt som beskrivits ovan för enskilda organ på ett chip är målet med Human-on-a-chip att generera en miniatyrmodell i 3D som innehåller tio olika mänskliga miniorgan som är kopplade till varandra för att bilda ett fysiologiskt system. Eftersom dessa enskilda organ skulle vara sammankopplade och fungera som ett helt system, skulle människan på ett chip med större sannolikhet efterlikna människokroppens aktiviteter och biologiska processer. Detta nya verktyg kan revolutionera toxikologiska tester, men det kan också modifieras på ett sätt som underlättar studiet av olika sjukdomstillstånd. Förhoppningen är att detta verktyg, på grund av sin komplexitet och människorelevans, ska kunna ersätta eller minska antalet djur som deltar i experiment.

De första försöken att koppla samman olika organ på samma chip har redan gjorts. Även om utmaningar ligger framför oss har de nuvarande modellerna gett ett starkt bevis på att funktionella interaktioner mellan olika organ kan analyseras i dessa anordningar.

Datorsimulering

Framstegen inom simuleringstekniken underlättar utvecklingen av komplexa och sofistikerade modeller av biologiska system. Förutom att modellera förekomster inom vetenskapen som vi redan förstår och har samlat in data för, främjar simulatorer vår förståelse genom att de gör det möjligt för oss att testa nya idéer och pröva olika experimentella förhållanden. Simulering kan fungera som ett alternativ till traditionell experimentell vetenskap och har den extra fördelen att experiment som kan vara opraktiska eller för dyra att utföra traditionellt kan utföras med hjälp av simuleringsteknik.

Autopsiundersökningar och undersökning av postmortala prover

Autopsier är medicinska förfaranden som utförs av läkare där en individs kropp undersöks grundligt efter döden. Förutom att man får information om orsaken till och sättet för en individs död kan man också samla in mycket information om sjukdomar och skador. Under förfarandet kan läkarna fastställa orsaken till en individs död, lära sig hur en sjukdom utvecklas och om specifika behandlingar av sjukdomar har varit effektiva samt samla in prover av vävnader och kroppsvätskor för ytterligare studier.

Epidemiologiska studier

Epidemiologi är ett forskningsområde som är inriktat på att studera förekomst, fördelning och kontroll av sjukdomar i en befolkning, vilket gör det möjligt för forskare att på bästa sätt förstå hur, när och var sjukdomar uppstår. Epidemiologer spelar en viktig roll för att främja vetenskapen och förbättra människors hälsa och välbefinnande, eftersom deras undersökningar av orsakerna till sjukdomar och andra folkhälsoproblem kan förhindra att sjukdomar sprids och förhindra att folkhälsoproblem uppstår igen. En av epidemiologens viktiga uppgifter är att försöka fastställa riskfaktorer (t.ex. miljö- och livsstilsfaktorer) som är förknippade med sjukdomar samt faktorer som kan bidra till att skydda mot sjukdomar.

Epidemiologiska studier har påvisat sambandet mellan rökning och cancer och har avslöjat sambandet mellan kemisk exponering och sjukdomar inom yrkessektorn. Även om epidemiologiska studier inte bevisar att specifika riskfaktorer faktiskt orsakar den sjukdom som undersöks, visar de på korrelationen mellan specifika riskfaktorer och sjukdomsförekomst.

Noninvasiv avbildning

Användning av medicinsk teknik som ger bilder av kroppen, bland annat magnetisk resonanstomografi (MRT), datortomografi (CT) och ultraljud, har i hög grad ökat vår förståelse för hur kroppen fungerar och spelar en viktig roll för diagnostisk medicin. Användning av dessa tekniker kan fungera som ett ersättningsalternativ, eftersom meningsfulla data kan härledas direkt från patientpopulationer.

Och även om NAVS anser att det övergripande målet för de 3R är att ersätta användning av djur, kan avbildningstekniker också spela en viktig roll för att minska och förädla användningen av djur vid försök. Om man till exempel tittar på sjukdomsutveckling i en djurmodell kan forskarna offra djur varje vecka för att samla in data. Men om bildbehandling används i stället kan de utföra seriestudier på samma djur och övervaka djuren under deras livstid, vilket avsevärt minskar antalet djur som används. Bildbehandling kan också fungera som ett förädlingsalternativ, vilket gör det möjligt att utföra färre invasiva ingrepp.

Mikrodosering

Kliniska prövningar i ”fas noll”, även kända som mikrodosering, är ett tillvägagångssätt som kan minska antalet läkemedel som genomgår säkerhets- och toxikologitestning på djur, vilket skulle minska antalet djur som används vid testning.

I fas noll-försök skulle ett mycket litet antal frivilliga människor, en eller två personer, få en mycket liten mängd av ett nytt läkemedel, en dos som är så låg att den inte kommer att ge någon farmakologisk effekt eller biverkning. Utifrån dessa studier kan man fastställa vad som händer med substansen i människokroppen, inklusive information om hur kroppen absorberar, distribuerar och metaboliserar läkemedlet. Eftersom mikrodosen av den nya substansen är så låg är risken för den frivilliga människan mycket liten. Denna typ av testparadigm har stor potential att avsevärt minska antalet djur som används i säkerhets-, farmakologiska och toxicitetsstudier av nya substanser, eftersom om en ny substans inte har en önskad effekt hos människor skulle substansen inte behöva genomgå ytterligare säkerhetsstudier på djur.