Amanda Maxwellová

„Myš je jediný savec, který poskytuje tak bohatý zdroj genetické rozmanitosti spojený s potenciálem rozsáhlé manipulace s genomem, a je proto mocnou aplikací pro modelování lidských onemocnění.“ – Justice et al. (2011)

Výzkum na zvířatech je emotivní téma, které inspiruje vášnivé debaty na obou stranách. Přestože je pro některé nepříjemné o něm přemýšlet, je důležité pochopit, proč se zvířata, jako jsou myši, používají pro lékařskou vědu.

Myši plní v lékařském výzkumu zvláštní a důležitou roli. Stejně jako lidé jsou i myši savci a jejich tělo prochází mnoha podobnými procesy, například stárnutím, a mají podobné imunitní reakce na infekce a nemoci. Jejich hormonální (endokrinní) systém je také velmi podobný našemu. Jsou také jedním z prvních druhů – spolu s člověkem – u kterých byl sekvenován kompletní genom. Díky tomu jsme zjistili, že s námi sdílejí přibližně 80 % svých genů.

Poslední měsíc publikoval vědecký pracovník Centra pro inovace Dr. Donald Branch spolu s Dr. Antonem Neschadim z Torontské univerzity v časopise Current Protocols nový model „Mouse models for immune-mediated platelet destruction or immune thrombocytopenia“.

Mnoho důležitých průlomů v lékařské vědě pochází ze studií prováděných na myších. Patří mezi ně léčba akutní promyelocytární leukemie – formy rakoviny krve, která postihuje mladé dospělé a je nyní jednou z nejlépe léčitelných forem tohoto onemocnění – a také protokoly přenosu genů pro cystickou fibrózu, které se v současné době testují.

Nobelovy vědecké úspěchy, jako je objev vitaminu K, vývoj vakcíny proti dětské obrně, vynález technologie monoklonálních protilátek, která se nyní používá k léčbě rakoviny, a odhalení toho, jak spolu neurony v mozku komunikují, by se bez myší neobešly.

Chybí v akci: Vývoj konjugovaných proteinových vakcín a jejich testování na myších pomohly zlepšit očkování proti meningitidě Hib (Haemophilus influenzae typ b) u malých dětí.

Bez testování na myších, které prokázalo jeho roli při blokování působení hormonů, by lék tamoxifen nebyl ženám k dispozici jako léčba a prevence proti rakovině prsu.

Nedávný výzkum na myších nesoucích humanizovaný imunitní systém odhalil potenciální nové cíle pro novou vakcínu proti tuberkulóze.

Proč se pro klinický výzkum stále používají zvířata?

Ačkoli pokrok v laboratorních technologiích nabízí pro klinický výzkum alternativy, jako jsou buněčné a organoidní kultury (3D mini shluky buněk, které se chovají jako malé orgány), vědci stále získávají mnoho cenných informací z práce s laboratorními zvířaty, jako jsou myši.

Co se děje v živém těle, nelze zkoumat například pomocí misky s buňkami. Často se onemocnění týká více než jen jednoho orgánu, a abychom mohli testovat nové léky, musíme se podívat na celé tělo, abychom zjistili, jak reaguje na léčbu.

Vědci používají pro klinický výzkum mnoho jiných systémů – například buněčné kultury, explantáty, sféroidy, modelování in silico a orgánové kultury – ale myš nabízí to, co tyto alternativy nemohou: celý živý organismus, na kterém lze zkoumat onemocnění, reakci na léčbu, vývoj rakoviny a další otázky základního výzkumu.

Proč myši? Fyziologie

Fyziologie a velikost myší – jsou dostatečně malé na to, aby se s nimi dalo snadno manipulovat a byly snadno umístitelné – jsou hlavními důvody jejich popularity v laboratoři. Podle Kanadské rady pro péči o zvířata (Canadian Council for Animal Care), národního orgánu, který dohlíží na přísné předpisy týkající se zdraví a dobrých životních podmínek všech laboratorních druhů, použily laboratoře v Kanadě v roce 2013 ve výzkumu něco přes 1,2 milionu myší
(CAC Animal Data Report 2013)

Fyziologicky jsou myši velmi podobné lidem, i když jsou asi 3000krát menší (Partridge, 2013), ale mají podobné základní tělesné funkce, jako je tvorba krvinek (hematopoéza), trávení, dýchání a kardiovaskulární systém. I když existují rozdíly, myši reagují podobně jako lidé, když jsou nemocné nebo podstupují léčbu.

Například díky práci na myších vědci nedávno dosáhli pokroku v léčbě krevního onemocnění imunitně zprostředkované trombocytopenie, autoimunitního onemocnění, kdy tělo vytváří protilátky, které se zaměřují na krevní destičky, aby je zničily dříve, než mohou být použity pro srážení krve (Neschadim a Branch, 2015; Yu et al. 2015). V jiné studii testy na myších s jiným typem poruchy srážlivosti ukázaly, jak bílkoviny v transfuzi plazmy obnovují funkci srážlivosti a zastavují krvácení (Eltringham-Smith a kol., 2015).

„Myší modely různých lidských onemocnění, včetně imunitní trombocytopenie, bylo relativně snadné vyvinout, protože myší fyziologie a metabolismus se podobají těm lidským. Tyto modely byly pro mě a můj tým nesmírně cenné při zkoumání ITP. Bez nich bychom v našem výzkumu nebyli tak daleko a nehledali bychom léky, které by mohly pomoci zlepšit kvalitu života mnoha pacientů. Právě jsme zveřejnili podrobné metody, jak vytvořit a používat myší modely ITP. Jeden z modelů, náš myší model s eskalací dávky, se více podobá lidské ITP než většina ostatních modelů, které v současné době výzkumníci používají.“

– Dr. Donald R. Branch, PhD, vědecký pracovník Centra pro inovace, Canadian Blood Services

Proč myši? Chov a druhová rozmanitost

Myši se také snadno množí, mají krátká těhotenství a velké vrhy, což je důležité pro pomoc výzkumníkům při vytváření vlastních modifikovaných myší. Většina laboratoří v Kanadě však získává nespecializované myši od komerčních chovatelů a dostává účelově vyšlechtěná zvířata s úplnou chovatelskou historií. Pro výzkumné pracovníky je to velmi důležité: práce se zvířaty, která vykazují velmi malé rozdíly mezi jednotlivci, zvyšuje hodnotu výsledků pokusů, protože všechna zvířata reagují stejně. Pro ještě větší konzistenci můžeme od roku 1997 myši také klonovat.

Na druhou stranu jsou myši také velmi rozmanité, což znamená, že komerční chovatelé mohou selektovat jednotlivé znaky a vytvářet tak inbrední kmeny s jedinečnými vlastnostmi. Například myš CBA má nízký výskyt nádorů mléčné žlázy (rakoviny prsu), zatímco nahá myš BALB/c je imunodeficitní, protože jí chybí brzlík. Tyto druhy specifických vlastností plemen jsou užitečné, protože umožňují vědcům zaměřit se na konkrétní onemocnění. Vědci si vybírají myši mdx, kterým chybí zralý svalový protein dystrofin, jako modely pro studium Duchennovy svalové dystrofie, zatímco jiní si vybírají neobézní diabetické (neboli NOD) myši jako dobré modely pro studium nové léčby autoimunity (Wang et al. 2015).

Proč myši? Genomové modifikace

Kromě šlechtitelských strategií založených na přirozených variacích mají vědci k dispozici také řadu nástrojů pro genetické modifikace. Vzhledem k tomu, že myši sdílejí přibližně 80 % svých genů s lidmi, je modifikace myší DNA účinnou metodou pro vytváření zvířecích modelů lidských onemocnění. Techniky, jako je systém Cre/lox a novější nástroj pro editaci genů CRISPR, umožňují výzkumníkům odstraňovat, aktivovat nebo opravovat geny (Long, et al. 2016), a tím u myší rekonstruovat lidská onemocnění nebo zkoumat, co se stane, když opraví mutaci.

Odstraněním nebo deaktivací genu vzniká to, co vědci nazývají „knock-out“ myš. Případně mohou vytvořit transgenní zvířata tak, že myši exprimují lidské geny nebo nesou lidské buňky – nebo dokonce tkáně. Pomocí těchto technik mohou vědci vytvořit „humanizované“ myši, které fyziologicky reagují téměř jako my, což vědcům umožňuje sledovat, jak nemoc mění lidské tělo a jak reaguje na léčbu. Výzkumníci provádějí důležitou práci týkající se infekce HIV a její léčby pomocí myší s humanizovaným imunitním systémem (Schultz et al., 2012). Testovali také nové terapie, které zabraňují senzibilizaci matek s rezus negativitou na rezus faktor během těhotenství, a to pomocí myší HOD, které exprimují rekombinantní protein specifický pro červené krvinky (Bernardo et al., 2015).

Přestože existují klíčové rozdíly mezi myším a lidským genomem, nejsou tyto rozdíly dostatečné k tomu, aby snižovaly hodnotu myší pro studium lidských nemocí. Regulační prvky se sice mohou nacházet na jiných místech, promíchaných během 75 milionů let, které uplynuly od rozchodu myší a lidské evoluce, ale jejich základní funkce zůstaly zachovány.

Obrázek

O myších…

Výzkumníci zabývající se výzkumem zvířat mají neustále na paměti tři R:

• Nahraďte: Existuje alternativní experiment, který zvířata nepotřebuje?
• Redukovat:
• Zpřesnit:

Výzkum na zvířatech je v Kanadě přísně regulován a jsou zde zavedeny přísné kontroly a dohled, které zajišťují dobré životní podmínky a etické zacházení. Tyto předpisy se týkají ustájení, obohacování prostředí, používání léků a anestezie, a dokonce i chovu geneticky modifikovaných myší. Výzkumní pracovníci musí své návrhy na experimenty nejprve předložit místním a federálním komisím, které vypracují plán péče o zvířata a posoudí faktory, jako je závažnost, design a vědecká hodnota, a teprve poté mohou pokračovat ve studiích.

Penicilin, původně objevený Alexandrem Flemingem v roce 1928, se jako životně důležitý léčebný prostředek objevil až v práci Howarda Floreyho, který o více než deset let později testoval jeho bezpečnost a účinnost na myších. Bez myší (a dalších zvířat) ve výzkumu by lidská a zvířecí medicína neměla penicilin, vakcíny proti dětské obrně a meningitidě, terapii monoklonálními protilátkami, lék na akutní promyelocytární leukemii a přenos genů pro cystickou fibrózu.

Obrázek

Proč myši? Nenahraditelné

Vědci stále hledají alternativy k používání zvířat v klinickém výzkumu, ale role myší jako experimentálních modelů lidských onemocnění je zatím nenahraditelná. I přes rozdíly mezi oběma druhy poskytuje provádění základního výzkumu na humanizovaných myších modelech onemocnění vědcům cenné informace. Použití myší jako náhražek umožňuje vědcům nejprve zjistit, jak by pacienti mohli reagovat na léčbu, a teprve poté jim podat lék – což je důležitý krok k zajištění bezpečnosti pacientů.

.