Por Amanda Maxwell

“O rato é o único mamífero que fornece um recurso tão rico de diversidade genética, juntamente com o potencial de manipulação extensiva do genoma, e é, portanto, uma aplicação poderosa para modelar doenças humanas” -Justice et al. (2011)

A pesquisa anímica é um tema emocional, inspirando um debate apaixonado de ambos os lados. Embora alguns achem desconfortável pensar, é importante entender porque animais como ratos são usados para a ciência médica.

Ratos preenchem um papel especial e importante na pesquisa médica. Como os humanos, os ratos são mamíferos e seus corpos passam por muitos processos semelhantes, como o envelhecimento, e têm respostas imunológicas semelhantes a infecções e doenças. Os seus sistemas hormonais (endócrinos) também são muito parecidos com os nossos. Eles também são uma das primeiras espécies – juntamente com os humanos – a ter o seu genoma completo sequenciado. Com isso, aprendemos que eles compartilham aproximadamente 80 por cento dos seus genes conosco.

Neste último mês, o Centro de Inovação Dr. Donald Branch, juntamente com o Dr. Anton Neschadim da Universidade de Toronto, publicou um novo modelo “Modelos de ratos para destruição imuno-mediada de plaquetas ou trombocitopenia imune” nos Protocolos Actuais.

Muitos avanços importantes na ciência médica vieram de estudos realizados em ratos. Estes incluem o tratamento da leucemia promielocítica aguda – uma forma de cancro do sangue que afecta adultos jovens e é actualmente uma das formas mais tratáveis da doença – bem como protocolos de transferência de genes para fibrose cística, que estão actualmente a ser testados.

Realizações científicas vencedoras da Nobel, como a descoberta da vitamina K, o desenvolvimento da vacina contra a poliomielite, a invenção da tecnologia de anticorpos monoclonais agora usada para o tratamento do câncer, e o desvendar de como os neurônios falam uns com os outros no cérebro, tudo não teria ocorrido sem os ratos.

Missing in action: Parte do que a ciência médica estaria faltando se não fosse pela pesquisa em ratos

• Desenvolvimento de vacinas conjugadas de proteínas e testes em ratos ajudaram a melhorar a vacina contra a meningite Hib (Haemophilus influenzae tipo b) para crianças pequenas.
• Sem testes em ratos para mostrar seu papel no bloqueio da ação hormonal, o medicamento tamoxifen não estaria disponível para as mulheres como tratamento e prevenção contra o câncer de mama.
• As pesquisas recentes em ratos portadores de um sistema imunológico humanizado descobriram novos alvos potenciais para uma nova vacina contra a tuberculose.

Porquê que os animais ainda são usados para pesquisa clínica?

Embora os avanços na tecnologia laboratorial ofereçam alternativas como a cultura de células e organóides (mini-clusters 3D de células que se comportam como pequenos órgãos) para pesquisas clínicas, os cientistas ainda ganham muitas informações valiosas trabalhando com animais de laboratório como ratos.

O que acontece num corpo vivo não pode ser investigado usando um prato de células, por exemplo. Muitas vezes a doença envolve mais do que um único órgão, e para testar novos medicamentos, devemos olhar para um corpo inteiro para ver como ele responde à terapia.

Os pesquisadores usam muitos outros sistemas para investigação clínica – como a cultura de células, explantes, esferóides, em modelagem de silício e cultura de órgãos – mas um rato oferece o que essas alternativas não podem: um organismo vivo inteiro no qual investigar doenças, resposta ao tratamento, desenvolvimento do câncer e outras questões básicas de pesquisa.

Por que ratos? Fisiologia

A fisiologia e o tamanho dos ratos – eles são pequenos o suficiente para manusear e abrigar facilmente – são as principais razões para a sua popularidade no laboratório. Em 2013, os laboratórios no Canadá usaram pouco mais de 1,2 milhões de ratos em pesquisas de acordo com o Canadian Council for Animal Care, o órgão nacional que supervisiona as rígidas regulamentações sobre saúde e bem-estar para todas as espécies de laboratório.
(CAC Animal Data Report 2013)

Fisiologicamente, os ratos são muito parecidos com os humanos, embora cerca de 3.000 vezes menores (Partridge, 2013), mas com funções corporais básicas semelhantes, como a produção de células sanguíneas (hematopoiese), digestão, respiração e o sistema cardiovascular. Embora existam diferenças, os ratos respondem de forma semelhante aos humanos quando estão doentes ou são submetidos a tratamento.

Por exemplo, através do trabalho em ratos, os investigadores fizeram recentemente progressos no tratamento da doença sanguínea trombocitopenia imunomediada, uma doença auto-imune em que o corpo produz anticorpos que visam as plaquetas para destruição antes de poderem ser utilizados para a coagulação do sangue (Neschadim e Branch, 2015; Yu et al. 2015). Num outro estudo, testes em ratos com outro tipo de distúrbio de coagulação mostraram como as proteínas numa transfusão de plasma restabelecem a função de coagulação e param o sangramento (Eltringham-Smith et al., 2015).

“Modelos de ratos de várias doenças humanas, incluindo trombocitopenia imunitária, têm sido relativamente fáceis de desenvolver, uma vez que a fisiologia e o metabolismo dos ratos se assemelham aos dos humanos. Estes modelos têm sido extremamente valiosos para mim e para a minha equipa na investigação do ITP. Sem eles, não estaríamos tão avançados em nossas pesquisas, procurando medicamentos que poderiam ajudar a melhorar a qualidade de vida de muitos pacientes. Acabamos de publicar métodos detalhados sobre como configurar e usar modelos de mouse para o ITP. Um modelo, o nosso modelo de rato de dose-escalação, assemelha-se mais ao ITP humano do que a maioria dos outros modelos actualmente em uso pelos investigadores”

– Dr. Donald R. Branch, PhD, cientista, Centre for Innovation, Canadian Blood Services

Porquê Ratos? Reprodução e diversidade de espécies

Ratos também se reproduzem facilmente, com gestações curtas e grandes ninhadas que são importantes para ajudar os investigadores a criar os seus próprios ratos modificados. No entanto, a maioria dos laboratórios no Canadá obtém ratos não especializados de criadores comerciais, recebendo animais criados propositadamente com um histórico completo de reprodução. Para os pesquisadores, isto é muito importante: trabalhar com animais que mostram muito pouca diferença entre os indivíduos aumenta o valor dos resultados experimentais, já que todos os animais respondem da mesma forma. Para uma consistência ainda maior, também temos sido capazes de clonar ratos desde 1997.

Por outro lado, os ratos também são extremamente diversos, o que significa que os criadores comerciais podem seleccionar para características individuais para criar estirpes consanguíneas com características únicas. Por exemplo, o rato CBA tem uma baixa incidência de desenvolvimento de tumores mamários (cancro da mama), enquanto o rato BALB/c nu é imunodeficiente, uma vez que lhe falta um timo. Este tipo de propriedades específicas da raça são úteis, pois permitem que os cientistas se concentrem em doenças específicas. Os investigadores escolhem os ratos mdx, sem a proteína muscular da distrofina madura, como modelos para estudar a Distrofia Muscular de Duchenne, enquanto outros escolhem os ratos diabéticos não obesos (ou NOD) como bons modelos para estudar novos tratamentos para a auto-imunidade (Wang et al. 2015).

Porquê os ratos? Modificação genómica

Além das estratégias de reprodução baseadas em variações naturais, os investigadores também têm à disposição uma série de ferramentas de modificação genética. Como os ratos compartilham aproximadamente 80% de seus genes com os humanos, a modificação do DNA do rato é um método poderoso para criar modelos animais de doenças humanas. Técnicas como o sistema Cre/lox e a mais recente ferramenta de edição de genes CRISPR permitem aos investigadores apagar, activar ou reparar genes (Long, et al. 2016), recriando assim doenças humanas no rato ou examinando o que acontece quando corrigem uma mutação.

Remover ou inactivar um gene cria o que os cientistas chamam um rato “knock-out”. Alternativamente, eles podem criar animais transgênicos fazendo com que os ratos expressem genes humanos ou carreguem células humanas – ou mesmo tecidos. Com técnicas como estas, os pesquisadores podem criar ratos “humanizados” que respondem fisiologicamente quase como nós, deixando os pesquisadores olhar para a forma como a doença muda um corpo humano e como ele responde ao tratamento. Os pesquisadores realizam importantes trabalhos sobre a infecção pelo HIV e seu tratamento usando ratos com sistemas imunológicos humanizados (Schultz et al., 2012). Eles também testaram novas terapias que evitam que as mães Rhesus-negativas se sensibilizem ao fator Rhesus durante a gravidez, usando ratos HOD que expressam uma proteína recombinante específica de células vermelhas do sangue (Bernardo et al., 2015).

Even embora existam diferenças chave entre o rato e os genomas humanos, essas diferenças não são suficientes para descontar o valor dos ratos para o estudo da doença humana. Embora elementos reguladores possam estar em lugares diferentes, misturados nos 75 milhões de anos desde que o rato e a evolução humana se separaram, as suas funções básicas são preservadas.

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Sobre o rato…

Procuradores animais estão constantemente atentos aos três Rs:

• Substituir: Há alguma experiência alternativa que não precise de animais?
• Reduzir: Podemos ajustar o desenho experimental para usar menos animais?
• Refinar: Podemos minimizar o impacto do experimento nos animais?

A pesquisa anímica é rigorosamente regulamentada no Canadá, com controles e supervisão rigorosos para garantir o bem-estar e o tratamento ético. Estas regulamentações abrangem o alojamento, enriquecimento ambiental, uso de medicamentos e anestesia, e até mesmo a criação de ratos geneticamente modificados. Os pesquisadores devem primeiro apresentar suas propostas experimentais aos comitês locais e federais para estabelecer um plano de cuidado animal e avaliar fatores como severidade, design e valor científico antes de prosseguir com os estudos.

Penicilina, originalmente descoberta por Alexander Fleming em 1928, não apareceu como tratamento médico salva-vidas até o trabalho de Howard Florey, que testou sua segurança e eficácia em camundongos mais de dez anos depois. Sem ratos (e outros animais) na pesquisa, a medicina humana e animal ficaria sem penicilina, vacinas para a poliomielite e meningite, terapia com anticorpos monoclonais, cura para leucemia promielocítica aguda, e transferência de genes para fibrose cística.

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Porquê ratos? Irreubstituíveis

Os cientistas estão sempre à procura de alternativas ao uso de animais na pesquisa clínica, mas o papel dos ratos como modelos experimentais para a doença humana é, por enquanto, insubstituível. Mesmo com diferenças entre as duas espécies, a realização de pesquisas básicas em modelos humanizados de ratos de doenças dá aos cientistas informações valiosas. Usar ratos como substitutos permite aos investigadores ver primeiro como os pacientes podem reagir ao tratamento antes de lhes dar o medicamento – um passo vital para garantir a segurança do paciente.