By Amanda Maxwell

„Mysz jest jedynym ssakiem, który zapewnia tak bogaty zasób różnorodności genetycznej w połączeniu z możliwością szerokiej manipulacji genomem, a zatem stanowi potężne zastosowanie do modelowania chorób człowieka.”-Justice et al. (2011)

Badania nad zwierzętami to temat budzący emocje, inspirujący namiętne debaty po obu stronach. Chociaż dla niektórych myślenie o tym jest niewygodne, ważne jest, aby zrozumieć, dlaczego zwierzęta takie jak myszy są wykorzystywane w naukach medycznych.

Myszy pełnią szczególną i ważną rolę w badaniach medycznych. Podobnie jak ludzie, myszy są ssakami, a ich ciała przechodzą wiele podobnych procesów, takich jak starzenie się, i mają podobne reakcje immunologiczne na infekcje i choroby. Ich systemy hormonalne (endokrynne) są również bardzo podobne do naszych. Są one również jednym z pierwszych gatunków – obok ludzi – u których przeprowadzono sekwencjonowanie ich kompletnego genomu. Dzięki temu dowiedzieliśmy się, że dzielą z nami około 80 procent swoich genów.

W zeszłym miesiącu naukowiec Centrum Innowacji, dr Donald Branch, wraz z dr Antonem Neschadim z Uniwersytetu w Toronto opublikowali nowy model „Mouse models for immune-mediated platelet destruction or immune thrombocytopenia” w Current Protocols.

Wiele ważnych przełomów w naukach medycznych pochodzi z badań przeprowadzonych na myszach. Obejmują one leczenie ostrej białaczki promielocytowej – formy raka krwi, która dotyka młodych dorosłych i jest obecnie jedną z najbardziej uleczalnych form tej choroby – jak również protokoły transferu genów dla mukowiscydozy, które są obecnie testowane.

Nagradzane Noblem osiągnięcia naukowe, takie jak odkrycie witaminy K, opracowanie szczepionki przeciwko polio, wynalezienie technologii przeciwciał monoklonalnych stosowanych obecnie w leczeniu raka oraz odkrycie, w jaki sposób neurony rozmawiają ze sobą w mózgu, nie miałyby miejsca bez myszy.

Brak w akcji: Niektóre z tego, czego brakowałoby naukom medycznym, gdyby nie badania na myszach

• Rozwój białkowych szczepionek skoniugowanych i testowanie na myszach pomogło udoskonalić szczepionkę przeciw zapaleniu opon mózgowych Hib (Haemophilus influenzae typu b) dla małych dzieci.
• Bez badań na myszach, które wykazałyby jego rolę w blokowaniu działania hormonów, lek tamoksyfen nie byłby dostępny dla kobiet jako środek leczniczy i zapobiegawczy przeciwko rakowi piersi.
• Dawne badania na myszach posiadających humanizowany układ odpornościowy ujawniły potencjalne nowe cele dla nowej szczepionki przeciwko gruźlicy.

Dlaczego zwierzęta są nadal wykorzystywane do badań klinicznych?

Pomimo że postęp w technologii laboratoryjnej oferuje alternatywne rozwiązania, takie jak hodowle komórek i organoidów (trójwymiarowe minizgrupowania komórek, które zachowują się jak maleńkie organy) do badań klinicznych, naukowcy nadal uzyskują wiele cennych informacji, pracując ze zwierzętami laboratoryjnymi, takimi jak myszy.

To, co dzieje się w żywym organizmie, nie może być badane na przykład przy użyciu naczynia z komórkami. Często choroba obejmuje więcej niż tylko jeden organ, a aby przetestować nowe leki, musimy przyjrzeć się całemu organizmowi, aby zobaczyć, jak reaguje na terapię.

Badacze używają wielu innych systemów do badań klinicznych – takich jak hodowle komórkowe, eksplantaty, sferoidy, modelowanie in silico i hodowle organów – ale mysz oferuje to, czego te alternatywy nie mogą: cały, żywy organizm, w którym można zbadać chorobę, odpowiedź na leczenie, rozwój raka i inne podstawowe pytania badawcze.

Dlaczego myszy? Fizjologia

Fizjologia i wielkość myszy – są wystarczająco małe, aby łatwo się nimi posługiwać i trzymać w domu – to główne powody ich popularności w laboratorium. W 2013 roku laboratoria w Kanadzie wykorzystały w badaniach nieco ponad 1,2 miliona myszy, według Canadian Council for Animal Care, krajowego organu nadzorującego ścisłe przepisy dotyczące zdrowia i dobrostanu wszystkich gatunków laboratoryjnych.
(CAC Animal Data Report 2013)

Fizjologicznie myszy są bardzo podobne do ludzi, choć są około 3000 razy mniejsze (Partridge, 2013), ale mają podobne podstawowe funkcje organizmu, takie jak produkcja komórek krwi (hematopoeza), trawienie, oddychanie i układ sercowo-naczyniowy. Chociaż istnieją różnice, myszy reagują podobnie do ludzi, gdy są chore lub poddawane leczeniu.

Na przykład dzięki pracy na myszach naukowcy dokonali ostatnio postępu w leczeniu choroby krwi, jaką jest małopłytkowość immunologiczna, choroba autoimmunologiczna, w której organizm wytwarza przeciwciała skierowane przeciwko płytkom krwi w celu ich zniszczenia, zanim będą one mogły być wykorzystane do krzepnięcia krwi (Neschadim i Branch, 2015; Yu i wsp. 2015). W innym badaniu testy na myszach z innym rodzajem zaburzeń krzepnięcia pokazały, jak białka w transfuzji osocza przywracają funkcję krzepnięcia i zatrzymują krwawienie (Eltringham-Smith i in., 2015).

„Myszowe modele różnych ludzkich chorób, w tym małopłytkowości immunologicznej, były stosunkowo łatwe do opracowania, ponieważ fizjologia i metabolizm myszy przypominają te ludzkie. Modele te były niezwykle cenne dla mnie i mojego zespołu w badaniach nad ITP. Bez nich nie posunęlibyśmy się tak daleko w naszych badaniach, poszukując leków, które mogłyby poprawić jakość życia wielu pacjentów. Właśnie opublikowaliśmy szczegółowe metody tworzenia i wykorzystywania mysich modeli ITP. Jeden z nich, nasz mysi model eskalacji dawki, bardziej przypomina ITP u ludzi niż większość innych modeli stosowanych obecnie przez badaczy.”

– Dr Donald R. Branch, PhD, naukowiec, Centrum Innowacji, Canadian Blood Services

Dlaczego myszy? Hodowla i różnorodność gatunkowa

Myszy również łatwo się rozmnażają, mają krótkie ciąże i duże mioty, co jest ważne, aby pomóc badaczom w tworzeniu własnych zmodyfikowanych myszy. Jednak większość laboratoriów w Kanadzie pozyskuje niewyspecjalizowane myszy od hodowców komercyjnych, otrzymując zwierzęta hodowane celowo z pełną historią hodowlaną. Dla badaczy jest to bardzo ważne: praca ze zwierzętami, które wykazują bardzo niewielkie różnice między osobnikami, zwiększa wartość wyników eksperymentów, ponieważ wszystkie zwierzęta reagują tak samo. Aby uzyskać jeszcze większą spójność, od 1997 roku możemy również klonować myszy.

Z drugiej strony myszy są również niezwykle zróżnicowane, co oznacza, że komercyjni hodowcy mogą selekcjonować poszczególne cechy w celu stworzenia szczepów wsobnych o unikalnych cechach. Na przykład mysz CBA charakteryzuje się niską częstością rozwoju guzów sutka (raka piersi), podczas gdy mysz BALB/c nude jest pozbawiona odporności, ponieważ nie posiada grasicy. Tego rodzaju cechy charakterystyczne dla danej rasy są przydatne, ponieważ pozwalają naukowcom skupić się na konkretnych chorobach. Naukowcy wybierają myszy mdx, którym brakuje dojrzałego białka mięśniowego dystrofiny, jako modele do badania dystrofii mięśniowej Duchenne’a, podczas gdy inni wybierają myszy z cukrzycą nieotyłą (lub NOD) jako dobre modele do badania nowych metod leczenia autoagresji (Wang i wsp. 2015).

Dlaczego myszy? Modyfikacja genomowa

Oprócz strategii hodowlanych opartych na naturalnych odmianach, badacze mają również do dyspozycji szereg narzędzi modyfikacji genetycznej. Ponieważ myszy dzielą z ludźmi około 80 procent swoich genów, modyfikowanie DNA myszy jest potężną metodą tworzenia zwierzęcych modeli ludzkich chorób. Techniki takie jak system Cre/lox i nowsze narzędzie do edycji genów CRISPR pozwalają badaczom usuwać, aktywować lub naprawiać geny (Long, et al. 2016), odtwarzając w ten sposób ludzką chorobę u myszy lub badając, co się dzieje, gdy korygują mutację.

Usuwanie lub inaktywacja genu tworzy to, co naukowcy nazywają „nokautem” u myszy. Alternatywnie mogą oni tworzyć zwierzęta transgeniczne, sprawiając, że myszy będą wyrażać ludzkie geny lub nosić ludzkie komórki – a nawet tkanki. Dzięki takim technikom naukowcy mogą tworzyć „uczłowieczone” myszy, które reagują fizjologicznie prawie tak samo jak my, co pozwala badaczom przyjrzeć się, w jaki sposób choroba zmienia ludzkie ciało i jak reaguje ono na leczenie. Naukowcy prowadzą ważne prace nad infekcją HIV i jej leczeniem, wykorzystując myszy z humanizowanymi układami odpornościowymi (Schultz i in., 2012). Przetestowali również nowe terapie, które zapobiegają uczulaniu się matek ujemnych na czynnik Rhesus podczas ciąży, wykorzystując myszy HOD, które wyrażają rekombinowane białko specyficzne dla czerwonych krwinek (Bernardo i in., 2015).

Nawet jeśli istnieją kluczowe różnice między genomami myszy i człowieka, różnice te nie są wystarczające, aby zdyskontować wartość myszy do badania chorób człowieka. Chociaż elementy regulacyjne mogą znajdować się w różnych miejscach, przemieszane w ciągu 75 milionów lat, odkąd ewolucja myszy i człowieka się rozstała, ich podstawowe funkcje są zachowane.

Obraz

O myszy…

Badacze zwierząt stale pamiętają o trzech R:

• Zastąp: Czy istnieje alternatywny eksperyment, który nie wymaga zwierząt?
• Zmniejsz: Czy możemy dostosować projekt doświadczenia, aby wykorzystać mniejszą liczbę zwierząt?
• Ulepsz: Czy możemy zminimalizować wpływ eksperymentu na zwierzęta?

Badania na zwierzętach są ściśle regulowane w Kanadzie, z surowymi kontrolami i nadzorem w celu zapewnienia dobrostanu i etycznego traktowania. Przepisy te obejmują warunki mieszkaniowe, wzbogacanie środowiska, stosowanie leków i znieczulenia, a nawet hodowlę genetycznie zmodyfikowanych myszy. Naukowcy muszą najpierw przedstawić swoje propozycje eksperymentów lokalnym i federalnym komisjom, aby ustalić plan opieki nad zwierzętami i ocenić czynniki takie jak dotkliwość, projekt i wartość naukową przed przystąpieniem do badań.

Penicylina, pierwotnie odkryta przez Alexandra Fleminga w 1928 roku, nie pojawiła się jako ratująca życie terapia medyczna aż do pracy Howarda Floreya, który przetestował jej bezpieczeństwo i skuteczność na myszach ponad dziesięć lat później. Bez myszy (i innych zwierząt) w badaniach, medycyna ludzi i zwierząt byłaby pozbawiona penicyliny, szczepionek na polio i zapalenie opon mózgowych, terapii przeciwciałami monoklonalnymi, leku na ostrą białaczkę promielocytową i transferu genów na mukowiscydozę.

Obraz

Dlaczego myszy? Niezastąpione

Naukowcy zawsze szukają alternatyw dla wykorzystywania zwierząt w badaniach klinicznych, ale rola myszy jako modeli doświadczalnych dla chorób człowieka jest, jak dotąd, niezastąpiona. Nawet pomimo różnic między tymi dwoma gatunkami, prowadzenie podstawowych badań na humanizowanych mysich modelach chorób dostarcza naukowcom cennych informacji. Wykorzystanie myszy jako substytutów pozwala badaczom najpierw zobaczyć, jak pacjenci mogą zareagować na leczenie, zanim podadzą im lek – jest to istotny krok w zapewnieniu bezpieczeństwa pacjentów.

.