Por Amanda Maxwell

«El ratón es el único mamífero que proporciona un recurso tan rico de diversidad genética junto con el potencial de una amplia manipulación del genoma, y es, por tanto, una poderosa aplicación para modelar enfermedades humanas»-Justice et al. (2011)

La investigación con animales es un tema emocional, que inspira un apasionado debate en ambos lados. Aunque a algunos les resulte incómodo pensar en ello, es importante entender por qué se utilizan animales como los ratones para la ciencia médica.

Los ratones desempeñan un papel especial e importante en la investigación médica. Al igual que los humanos, los ratones son mamíferos y sus cuerpos sufren muchos procesos similares, como el envejecimiento, y tienen respuestas inmunitarias similares a las infecciones y enfermedades. Su sistema hormonal (endocrino) también se parece mucho al nuestro. Además, son una de las primeras especies, junto con el ser humano, en las que se ha secuenciado su genoma completo. Gracias a ello, sabemos que comparten aproximadamente el 80% de sus genes con nosotros.

El mes pasado, el Dr. Donald Branch, científico del Centro de Innovación, junto con el Dr. Anton Neschadim, de la Universidad de Toronto, publicaron un nuevo modelo «Mouse models for immune-mediated platelet destruction or immune thrombocytopenia» en Current Protocols.

Muchos avances importantes en la ciencia médica han surgido de estudios realizados en ratones. Entre ellos se encuentra el tratamiento de la leucemia promielocítica aguda -una forma de cáncer de la sangre que afecta a los adultos jóvenes y que ahora es una de las formas más tratables de la enfermedad-, así como los protocolos de transferencia de genes para la fibrosis quística, que se están probando actualmente.

Los logros científicos galardonados con el premio Nobel, como el descubrimiento de la vitamina K, el desarrollo de la vacuna contra la poliomielitis, la invención de la tecnología de anticuerpos monoclonales que ahora se utiliza para el tratamiento del cáncer, y el desentrañamiento de cómo las neuronas se comunican entre sí en el cerebro, no se habrían producido sin los ratones.

Falta de acción: Algo de lo que la ciencia médica se perdería si no fuera por la investigación en ratones

• El desarrollo de vacunas conjugadas con proteínas y las pruebas en ratones ayudaron a mejorar la vacuna contra la meningitis Hib (Haemophilus influenzae tipo b) para niños pequeños.
• Sin las pruebas en ratones para demostrar su papel en el bloqueo de la acción hormonal, el fármaco tamoxifeno no estaría disponible para las mujeres como tratamiento y prevención contra el cáncer de mama.
• Una investigación reciente en ratones portadores de un sistema inmunitario humanizado ha descubierto posibles nuevas dianas para una nueva vacuna contra la tuberculosis.

¿Por qué se siguen utilizando animales para la investigación clínica?

Aunque los avances en la tecnología de laboratorio ofrecen alternativas como el cultivo de células y organoides (miniconglomerados de células en 3D que se comportan como órganos diminutos) para la investigación clínica, los científicos siguen obteniendo mucha información valiosa trabajando con animales de laboratorio como los ratones.

Lo que ocurre en un cuerpo vivo no puede investigarse utilizando un plato de células, por ejemplo. A menudo, las enfermedades afectan a más de un órgano y, para probar nuevos fármacos, debemos observar un cuerpo entero para ver cómo responde a la terapia.

Los investigadores utilizan muchos otros sistemas para la investigación clínica -como el cultivo de células, los explantes, los esferoides, el modelado in silico y el cultivo de órganos-, pero el ratón ofrece lo que estas alternativas no pueden: un organismo vivo completo en el que investigar la enfermedad, la respuesta al tratamiento, el desarrollo del cáncer y otras cuestiones de investigación básica.

¿Por qué ratones? Fisiología

La fisiología y el tamaño de los ratones -son lo suficientemente pequeños para manejarlos y alojarlos fácilmente- son las principales razones de su popularidad en el laboratorio. En 2013, los laboratorios de Canadá utilizaron algo más de 1,2 millones de ratones en la investigación, según el Consejo Canadiense para el Cuidado de los Animales, el organismo nacional que supervisa las estrictas regulaciones que rodean la salud y el bienestar de todas las especies de laboratorio.
(CAC Animal Data Report 2013)

Fisiológicamente, los ratones son muy parecidos a los humanos, aunque unas 3.000 veces más pequeños (Partridge, 2013), pero con funciones corporales básicas similares, como la producción de células sanguíneas (hematopoyesis), la digestión, la respiración y el sistema cardiovascular. Aunque existen diferencias, los ratones responden de forma similar a los humanos cuando están enfermos o se someten a un tratamiento.

Por ejemplo, gracias al trabajo en ratones, los investigadores han logrado recientemente avances en el tratamiento de la enfermedad de la sangre trombocitopenia inmunomediada, una enfermedad autoinmune en la que el cuerpo produce anticuerpos que se dirigen a las plaquetas para destruirlas antes de que puedan ser utilizadas para la coagulación de la sangre (Neschadim y Branch, 2015; Yu et al. 2015). En otro estudio, las pruebas realizadas en ratones con otro tipo de trastorno de la coagulación mostraron cómo las proteínas de una transfusión de plasma restauran la función de coagulación y detienen las hemorragias (Eltringham-Smith et al., 2015).

«Los modelos de ratón de varias enfermedades humanas, incluida la trombocitopenia inmunitaria, han sido relativamente fáciles de desarrollar, ya que la fisiología y el metabolismo de los ratones se parecen a los de los humanos. Estos modelos han sido muy valiosos para mí y mi equipo a la hora de investigar la PTI. Sin ellos, no habríamos avanzado tanto en nuestra investigación, buscando fármacos que podrían ayudar a mejorar la calidad de vida de muchos pacientes. Acabamos de publicar métodos detallados sobre cómo configurar y utilizar modelos de ratón para la PTI. Uno de ellos, nuestro modelo de ratón con escalada de dosis, se asemeja más a la PTI humana que la mayoría de los modelos que utilizan actualmente los investigadores»

– Dr. Donald R. Branch, PhD, científico, Centro de Innovación, Servicios Sanguíneos Canadienses

¿Por qué ratones? Cría y diversidad de especies

Los ratones también se reproducen fácilmente, con embarazos cortos y camadas de gran tamaño que son importantes para ayudar a los investigadores a crear sus propios ratones modificados. Sin embargo, la mayoría de los laboratorios de Canadá se abastecen de ratones no especializados de criadores comerciales, recibiendo animales criados a propósito con un historial de cría completo. Para los investigadores, esto es muy importante: trabajar con animales que muestran muy pocas diferencias entre individuos aumenta el valor de los resultados experimentales, ya que todos los animales responden igual. Para conseguir aún más consistencia, también hemos podido clonar ratones desde 1997.

Por otro lado, los ratones también son extremadamente diversos, lo que significa que los criadores comerciales pueden seleccionar rasgos individuales para crear cepas endogámicas con características únicas. Por ejemplo, el ratón CBA tiene una baja incidencia de desarrollo de tumores mamarios (cáncer de mama), mientras que el ratón desnudo BALB/c es inmunodeficiente, ya que carece de timo. Este tipo de propiedades específicas de la raza son útiles, ya que permiten a los científicos centrarse en enfermedades específicas. Los investigadores eligen ratones mdx, que carecen de la proteína muscular distrofina madura, como modelos para estudiar la distrofia muscular de Duchenne, mientras que otros eligen ratones diabéticos no obesos (o NOD) como buenos modelos para estudiar nuevos tratamientos para la autoinmunidad (Wang et al. 2015).

¿Por qué ratones? Modificación genómica

Además de las estrategias de cría basadas en variaciones naturales, los investigadores también disponen de una serie de herramientas de modificación genética. Dado que los ratones comparten aproximadamente el 80% de sus genes con los humanos, la modificación del ADN de los ratones es un potente método para crear modelos animales de enfermedades humanas. Técnicas como el sistema Cre/lox y la más reciente herramienta de edición de genes CRISPR permiten a los investigadores eliminar, activar o reparar genes (Long, et al. 2016), recreando así enfermedades humanas en el ratón o examinando lo que ocurre cuando corrigen una mutación.

La eliminación o inactivación de un gen crea lo que los científicos llaman un ratón «knock-out». También pueden crear animales transgénicos haciendo que los ratones expresen genes humanos o lleven células humanas, o incluso tejidos. Con técnicas como éstas, los investigadores pueden crear ratones «humanizados» que responden fisiológicamente casi como nosotros, lo que permite a los investigadores observar el modo en que la enfermedad cambia el cuerpo humano y cómo responde al tratamiento. Los investigadores llevan a cabo un importante trabajo sobre la infección del VIH y su tratamiento utilizando ratones con sistemas inmunitarios humanizados (Schultz et al., 2012). También han probado nuevas terapias que evitan que las madres Rhesus negativas se sensibilicen al factor Rhesus durante el embarazo, utilizando ratones HOD que expresan una proteína recombinante específica de los glóbulos rojos (Bernardo et al., 2015).

Aunque hay diferencias clave entre los genomas del ratón y del ser humano, esas diferencias no son suficientes para descartar el valor de los ratones para el estudio de las enfermedades humanas. Aunque los elementos reguladores puedan estar en lugares diferentes, barajados en los 75 millones de años transcurridos desde que el ratón y el ser humano se separaron, sus funciones básicas se conservan.

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Sobre el ratón…

Los investigadores de animales tienen constantemente en cuenta las tres erres:

• Reemplazar: ¿Existe un experimento alternativo que no necesite animales?
• Reducir: ¿Podemos ajustar el diseño experimental para utilizar menos animales?
• Afinar: ¿Podemos minimizar el impacto del experimento en los animales?

La investigación con animales está estrictamente regulada en Canadá, con estrictos controles y supervisión para garantizar el bienestar y el trato ético. Esta normativa abarca el alojamiento, el enriquecimiento ambiental, el uso de medicamentos y anestesia, e incluso la cría de ratones modificados genéticamente. Los investigadores deben presentar primero sus propuestas experimentales a los comités locales y federales para establecer un plan de cuidado de los animales y evaluar factores como la gravedad, el diseño y el valor científico antes de seguir adelante con los estudios.

La penicilina, descubierta originalmente por Alexander Fleming en 1928, no apareció como tratamiento médico para salvar vidas hasta el trabajo de Howard Florey, que probó su seguridad y eficacia en ratones más de diez años después. Sin los ratones (y otros animales) en la investigación, la medicina humana y animal se quedaría sin penicilina, sin vacunas para la poliomielitis y la meningitis, sin la terapia de anticuerpos monoclonales, sin la cura de la leucemia promielocítica aguda y sin la transferencia de genes para la fibrosis quística.

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¿Por qué ratones? Insustituible

Los científicos siempre buscan alternativas al uso de animales en la investigación clínica, pero el papel de los ratones como modelos experimentales de enfermedades humanas es, hasta ahora, insustituible. Incluso con las diferencias entre las dos especies, la realización de investigaciones básicas en modelos de enfermedad en ratones humanizados proporciona a los científicos una valiosa información. El uso de ratones como sustitutos permite a los investigadores ver primero cómo podrían responder los pacientes al tratamiento antes de administrarles el fármaco, un paso vital para garantizar la seguridad de los pacientes.

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