Amanda Maxwell

“Az egér az egyetlen emlős, amely a genetikai sokféleség ilyen gazdag erőforrását biztosítja a kiterjedt genommanipuláció lehetőségével párosulva, és ezért hatékony alkalmazás az emberi betegségek modellezésére.” – Justice és mtsi. (2011)

Az állatkutatás érzelmi téma, amely mindkét oldalon szenvedélyes vitákat vált ki. Bár egyeseknek kényelmetlen belegondolni, fontos megérteni, hogy miért használnak olyan állatokat, mint az egerek az orvostudományban.

Az egerek különleges és fontos szerepet töltenek be az orvosi kutatásban. Az emberekhez hasonlóan az egerek is emlősök, és testük sok hasonló folyamaton megy keresztül, például az öregedésen, és hasonló immunválaszokkal reagálnak a fertőzésekre és betegségekre. Hormonrendszerük (endokrin rendszerük) is nagyon hasonlít a miénkhez. Az egerek – az emberrel együtt – az egyik első olyan faj, amelynek teljes genomját szekvenálták. Ebből megtudtuk, hogy génjeik körülbelül 80 százalékát megosztják velünk.

A múlt hónapban Dr. Donald Branch, az Innovációs Központ tudósa a Torontói Egyetem munkatársával, Dr. Anton Neschadimmal együtt a Current Protocols című folyóiratban publikált egy új modellt “Mouse models for immune-mediated platelet destruction or immune thrombocytopenia” címmel.

Az orvostudomány számos fontos áttörése egereken végzett vizsgálatokból származik. Ezek közé tartozik az akut promilocitális leukémia – a vérrák egy olyan formája, amely fiatal felnőtteket érint, és ma már a betegség egyik legjobban kezelhető formája – kezelése, valamint a cisztás fibrózis génátviteli protokolljai, amelyeket jelenleg tesztelnek.

Nobel-díjas tudományos eredmények, mint például a K-vitamin felfedezése, a gyermekbénulás elleni vakcina kifejlesztése, a ma már a rák kezelésére használt monoklonális antitest-technológia feltalálása, valamint annak feltárása, hogy az agyban az idegsejtek hogyan kommunikálnak egymással, mind nem történtek volna meg egerek nélkül.

Egerek nélkül: Néhány dolog, ami az orvostudományból hiányozna, ha nem lenne egereken végzett kutatás

• A fehérjekonjugált vakcinák kifejlesztése és az egereken végzett tesztelés segített a kisgyermekek agyhártyagyulladás elleni Hib (Haemophilus influenzae b típusú) oltás javításában.
• A hormonhatás gátlásában betöltött szerepének egereken végzett tesztelése nélkül a tamoxifen gyógyszer nem lenne elérhető a nők számára a mellrák kezelésére és megelőzésére.
• A humanizált immunrendszert hordozó egereken végzett újabb kutatások feltárták egy új tuberkulózis elleni vakcina lehetséges új célpontjait.

Miért használnak még mindig állatokat klinikai kutatásokhoz?

Noha a laboratóriumi technológia fejlődése olyan alternatívákat kínál a klinikai kutatáshoz, mint a sejt- és organoidkultúra (sejtek 3D-s miniklaszterei, amelyek apró szervként viselkednek), a tudósok még mindig sok értékes információt nyernek a laboratóriumi állatokkal, például egerekkel végzett munka során.

Az, ami egy élő szervezetben történik, nem vizsgálható például egy tál sejtek segítségével. Gyakran a betegségek nem csak egyetlen szervet érintenek, és az új gyógyszerek teszteléséhez az egész szervezetet kell vizsgálnunk, hogy lássuk, hogyan reagál a terápiára.

A kutatók számos más rendszert használnak a klinikai vizsgálatokhoz – például sejtkultúrát, sejtmintákat, szferoidokat, in silico modellezést és szervkultúrát -, de az egér azt nyújtja, amit ezek az alternatívák nem: egy egész, élő szervezetet, amelyben a betegséget, a kezelésre adott választ, a rák kialakulását és más alapkutatási kérdéseket vizsgálhatunk.

Miért az egér? Fiziológia

Az egerek fiziológiája és mérete – elég kicsik ahhoz, hogy könnyen kezelhetők és elhelyezhetők legyenek – a fő oka annak, hogy népszerűek a laboratóriumban. 2013-ban a kanadai laboratóriumok valamivel több mint 1,2 millió egeret használtak fel kutatásra a Kanadai Állatgondozási Tanács szerint, amely az összes laboratóriumi állatfajra vonatkozó szigorú egészségügyi és állatjóléti előírásokat felügyelő nemzeti testület.
(CAC Animal Data Report 2013)

Fiziológiailag az egerek nagyon hasonlítanak az emberre, bár körülbelül 3000-szer kisebbek (Partridge, 2013), de hasonló alapvető testfunkciókkal rendelkeznek, mint például a vérsejttermelés (haematopoiesis), emésztés, légzés és a szív- és érrendszer. Bár vannak különbségek, az egerek hasonlóan reagálnak, mint az emberek, amikor betegek vagy kezelésnek vetik alá őket.

Egereken végzett munka révén a kutatók például a közelmúltban előrelépést értek el az immunmediált trombocitopénia nevű vérbetegség kezelésében, amely egy olyan autoimmun betegség, amelyben a szervezet olyan antitesteket termel, amelyek a vérlemezkéket pusztításra célozzák, mielőtt azok a véralvadáshoz felhasználhatók lennének (Neschadim és Branch, 2015; Yu et al. 2015). Egy másik tanulmányban egy másik típusú véralvadási rendellenességben szenvedő egereken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a plazmaátömlesztésben lévő fehérjék hogyan állítják helyre az alvadási funkciót és állítják meg a vérzést (Eltringham-Smith és mtsai., 2015).

“A különböző emberi betegségek, köztük az immuntrombocitopénia egérmodelljeit viszonylag könnyű volt kifejleszteni, mivel az egér fiziológia és anyagcsere hasonlít az emberekéhez. Ezek a modellek rendkívül értékesnek bizonyultak számomra és kutatócsoportom számára az ITP vizsgálatában. Nélkülük nem jutottunk volna olyan messzire a kutatásainkban, és nem keresnénk olyan gyógyszereket, amelyek sok beteg életminőségét javíthatnák. Most tettük közzé az ITP egérmodellek felállításának és használatának részletes módszereit. Az egyik modell, a dózis-skálázási egérmodellünk jobban hasonlít az emberi ITP-re, mint a legtöbb más, jelenleg a kutatók által használt modell.”

– Dr. Donald R. Branch, PhD, a Kanadai Vérellátó Szolgálat Innovációs Központjának tudósa

Miért egerek? Tenyésztés és faji sokféleség

Az egerek könnyen szaporodnak is, rövid vemhességgel és nagy alomnagysággal, ami fontos a kutatóknak a saját módosított egerek létrehozásában. A legtöbb kanadai laboratórium azonban a nem speciális egereket kereskedelmi tenyésztőktől szerzi be, célzottan tenyésztett, teljes tenyésztési múlttal rendelkező állatokat kapva. A kutatók számára ez nagyon fontos: az olyan állatokkal való munka, amelyek nagyon kevés különbséget mutatnak az egyedek között, növeli a kísérleti eredmények értékét, mivel minden állat ugyanúgy reagál. A még nagyobb következetesség érdekében 1997 óta egereket is klónozhatunk.

Másrészt az egerek rendkívül változatosak is, ami azt jelenti, hogy a kereskedelmi tenyésztők az egyes tulajdonságokra szelektálva egyedi tulajdonságokkal rendelkező beltenyésztett törzseket hozhatnak létre. Például a CBA egérnél alacsony az emlődaganat (mellrák) kialakulásának gyakorisága, míg a BALB/c meztelen egér immunhiányos, mivel hiányzik belőle a tímusz. Az ilyen fajta-specifikus tulajdonságok hasznosak, mivel lehetővé teszik a tudósok számára, hogy konkrét betegségekre összpontosítsanak. A kutatók a Duchenne-izomdisztrófia tanulmányozására az érett dystrophin izomfehérjét nélkülöző mdx egereket választják modellként, míg mások a nem-obezoid diabéteszes (vagy NOD) egereket választják jó modellként az autoimmunitás új kezeléseinek tanulmányozására (Wang et al. 2015).

Miért egerek? Genomikai módosítás

A természetes variációkon alapuló tenyésztési stratégiák mellett számos génmódosítási eszköz is a kutatók rendelkezésére áll. Mivel az egerek génjeinek körülbelül 80 százalékát osztják meg az emberrel, az egér DNS módosítása hatékony módszer az emberi betegségek állati modelljeinek létrehozására. Az olyan technikák, mint a Cre/lox rendszer és az újabb CRISPR génszerkesztő eszköz lehetővé teszik a kutatók számára a gének törlését, aktiválását vagy javítását (Long, et al. 2016), így emberi betegségeket állíthatnak elő egérben, vagy vizsgálhatják, mi történik, ha korrigálnak egy mutációt.

Egy gén eltávolítása vagy inaktiválása létrehozza a tudósok által “knock-out”-nak nevezett egeret. Alternatív megoldásként transzgenikus állatokat is létrehozhatnak úgy, hogy az egerek emberi géneket fejeznek ki, vagy emberi sejteket – vagy akár szöveteket – hordoznak. Az ilyen technikákkal a kutatók “humanizált” egereket hozhatnak létre, amelyek élettanilag majdnem úgy reagálnak, mint mi, így a kutatók megvizsgálhatják, hogyan változtatja meg a betegség az emberi szervezetet, és hogyan reagál a kezelésre. A kutatók fontos munkát végeznek a HIV-fertőzéssel és annak kezelésével kapcsolatban humanizált immunrendszerrel rendelkező egerek segítségével (Schultz et al., 2012). Olyan új terápiákat is teszteltek, amelyek megakadályozzák, hogy a terhesség alatt a rhesus-negatív anyák érzékennyé váljanak a rhesus-faktorral szemben, olyan HOD egerek segítségével, amelyek egy vörösvérsejt-specifikus rekombináns fehérjét expresszálnak (Bernardo és mtsai., 2015).

Még ha vannak is kulcsfontosságú különbségek az egér és az ember genomja között, ezek a különbségek nem elegendőek ahhoz, hogy az egerek értékét elvitassuk az emberi betegségek tanulmányozása szempontjából. Bár a szabályozó elemek különböző helyeken lehetnek, megkeverve az egér és az ember evolúciójának szétválása óta eltelt 75 millió év alatt, alapvető funkcióik megmaradtak.

Image

Az egérről…

Az állatok kutatói folyamatosan szem előtt tartják a három R-t:

• Csere:
• Csökkentse:
• Finomítsuk:

Az állatkísérletek szigorúan szabályozottak Kanadában, szigorú ellenőrzésekkel és felügyelettel biztosítják a jólétet és az etikus bánásmódot. Ezek a szabályok kiterjednek az elhelyezésre, a környezet gazdagítására, a gyógyszerek és az érzéstelenítés alkalmazására, sőt még a genetikailag módosított egerek tenyésztésére is. A kutatóknak először be kell mutatniuk kísérleti javaslataikat a helyi és szövetségi bizottságoknak, hogy kidolgozzanak egy állatgondozási tervet, és a vizsgálatok folytatása előtt értékeljék az olyan tényezőket, mint a súlyosság, a tervezés és a tudományos érték.

A penicillin, amelyet eredetileg Alexander Fleming fedezett fel 1928-ban, nem jelent meg életmentő gyógyszerként egészen Howard Florey munkájáig, aki több mint tíz évvel később egereken tesztelte biztonságosságát és hatékonyságát. A kutatásban részt vevő egerek (és más állatok) nélkül a humán- és állatgyógyászat nélkülözhetné a penicillint, a gyermekbénulás és agyhártyagyulladás elleni vakcinákat, a monoklonális antitestterápiát, az akut promilocitás leukémia gyógymódját és a cisztás fibrózis génátvitelt.

Image

Miért egerek? Pótolhatatlan

A tudósok mindig keresik az állatok klinikai kutatásokban való felhasználásának alternatíváit, de az egerek szerepe az emberi betegségek kísérleti modelljeként egyelőre pótolhatatlan. Még a két faj közötti különbségek ellenére is, a betegségek humanizált egérmodelljein végzett alapkutatás értékes információkkal látja el a tudósokat. Az egerek helyettesítő állatokként való használata lehetővé teszi a kutatók számára, hogy először lássák, hogyan reagálnak a betegek a kezelésre, mielőtt beadnák nekik a gyógyszert – ez létfontosságú lépés a betegek biztonságának garantálásában.