De Amanda Maxwell

„Șoarecele este singurul mamifer care oferă o resursă atât de bogată de diversitate genetică, cuplată cu potențialul de manipulare extinsă a genomului și, prin urmare, este o aplicație puternică pentru modelarea bolilor umane.” – Justice et al. (2011)

Cercetarea pe animale este un subiect emoțional, care inspiră dezbateri pasionale de ambele părți. Deși pentru unii este inconfortabil să se gândească la acest subiect, este important să înțelegem de ce animale precum șoarecii sunt folosite pentru știința medicală.

Șoarecii îndeplinesc un rol special și important în cercetarea medicală. Ca și oamenii, șoarecii sunt mamifere, iar corpurile lor trec prin multe procese similare, cum ar fi îmbătrânirea, și au răspunsuri imune similare la infecții și boli. Sistemele lor hormonale (endocrine) sunt, de asemenea, foarte asemănătoare cu ale noastre. De asemenea, sunt una dintre primele specii – alături de oameni – cărora li s-a secvențiat complet genomul. De aici am aflat că au aproximativ 80% din genele lor în comun cu noi.

Luna trecută, Dr. Donald Branch, cercetător la Centrul pentru Inovare, împreună cu Dr. Anton Neschadim de la Universitatea din Toronto, au publicat un nou model „Modele de șoareci pentru distrugerea trombocitelor mediată de imunitate sau trombocitopenie imună” în Current Protocols.

Multe descoperiri importante în știința medicală au provenit din studii efectuate pe șoareci. Printre acestea se numără tratamentul pentru leucemia promielocitică acută – o formă de cancer al sângelui care afectează adulții tineri și care este în prezent una dintre cele mai ușor de tratat -, precum și protocoale de transfer de gene pentru fibroza chistică, care sunt în curs de testare.

Realizări științifice câștigătoare de premii Nobel, cum ar fi descoperirea vitaminei K, dezvoltarea vaccinului împotriva poliomielitei, inventarea tehnologiei anticorpilor monoclonali, folosită acum pentru tratamentul cancerului, și deslușirea modului în care neuronii vorbesc între ei în creier, toate acestea nu ar fi avut loc fără șoareci.

Pierdut în acțiune: O parte din ceea ce ar lipsi științei medicale dacă nu ar exista cercetarea pe șoareci

• Dezvoltarea vaccinurilor conjugate proteice și testarea pe șoareci au ajutat la îmbunătățirea vaccinării împotriva meningitei Hib (Haemophilus influenzae tip b) pentru copiii mici.
• Fără testarea pe șoareci pentru a demonstra rolul său în blocarea acțiunii hormonale, medicamentul tamoxifen nu ar fi fost disponibil femeilor ca tratament și prevenție împotriva cancerului de sân.
• Cercetarea recentă pe șoareci purtători ai unui sistem imunitar umanizat a descoperit noi ținte potențiale pentru un nou vaccin împotriva tuberculozei.

De ce mai sunt folosite animale pentru cercetarea clinică?

Deși progresele în tehnologia de laborator oferă alternative, cum ar fi cultura de celule și de organoizi (mini-clustere 3D de celule care se comportă ca niște organe minuscule) pentru cercetarea clinică, oamenii de știință încă obțin multe informații valoroase lucrând cu animale de laborator, cum ar fi șoarecii.

Ce se întâmplă într-un corp viu nu poate fi investigat folosind o farfurie de celule, de exemplu. Adesea, boala implică mai mult decât un singur organ, iar pentru a testa noi medicamente, trebuie să analizăm un întreg organism pentru a vedea cum răspunde la terapie.

Cercetătorii folosesc multe alte sisteme pentru investigații clinice – cum ar fi cultura de celule, explante, sferoizi, modelarea in silico și cultura de organe – dar șoarecele oferă ceea ce aceste alternative nu pot oferi: un organism întreg, viu, în care să se investigheze boala, răspunsul la tratament, dezvoltarea cancerului și alte întrebări de cercetare de bază.

De ce șoareci? Fiziologie

Fiziologia și dimensiunea șoarecilor – sunt suficient de mici pentru a fi manevrați și adăpostiți cu ușurință – sunt principalele motive pentru popularitatea lor în laborator. În 2013, laboratoarele din Canada au folosit puțin peste 1,2 milioane de șoareci în cercetare, potrivit Consiliului canadian pentru îngrijirea animalelor, organismul național care supraveghează reglementările stricte privind sănătatea și bunăstarea tuturor speciilor de laborator.
(CAC Animal Data Report 2013)

Fiziologic, șoarecii se aseamănă foarte mult cu oamenii, deși sunt de aproximativ 3.000 de ori mai mici (Partridge, 2013), dar au funcții corporale de bază similare, cum ar fi producția de celule sanguine (hematopoieză), digestia, respirația și sistemul cardiovascular. Deși există diferențe, șoarecii răspund în mod similar cu oamenii atunci când sunt bolnavi sau sunt supuși unui tratament.

De exemplu, prin munca la șoareci, cercetătorii au făcut recent progrese în tratarea bolii de sânge trombocitopenia mediată imunitar, o boală autoimună în care organismul produce anticorpi care vizează trombocitele pentru a fi distruse înainte ca acestea să poată fi utilizate pentru coagularea sângelui (Neschadim și Branch, 2015; Yu et al. 2015). Într-un alt studiu, testele efectuate pe șoareci cu un alt tip de tulburare de coagulare au arătat modul în care proteinele dintr-o transfuzie de plasmă restabilesc funcția de coagulare și opresc sângerarea (Eltringham-Smith și colab., 2015).

„Modelele de șoareci ale diferitelor boli umane, inclusiv trombocitopenia imună, au fost relativ ușor de dezvoltat, deoarece fiziologia și metabolismul șoarecilor se aseamănă cu cele ale oamenilor. Aceste modele au fost extrem de valoroase pentru mine și echipa mea pentru investigarea ITP. Fără ele, nu am fi atât de avansați în cercetarea noastră, căutând medicamente care ar putea contribui la îmbunătățirea calității vieții multor pacienți. Tocmai am publicat metode detaliate despre cum să înființăm și să folosim modele de șoareci pentru ITP. Unul dintre modele, modelul nostru de șoareci cu escaladare a dozei, seamănă mai mult cu ITP uman decât majoritatea celorlalte modele utilizate în prezent de către cercetători.”

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

De ce șoareci? Reproducerea și diversitatea speciilor

Soarecii se înmulțesc, de asemenea, cu ușurință, cu sarcini scurte și cu dimensiuni mari ale puilor care sunt importante pentru a ajuta cercetătorii să își creeze proprii șoareci modificați. Cu toate acestea, majoritatea laboratoarelor din Canada se aprovizionează cu șoareci nespecializați de la crescătorii comerciali, primind animale crescute în mod intenționat, cu un istoric de reproducere complet. Pentru cercetători, acest lucru este foarte important: lucrul cu animale care prezintă foarte puține diferențe între indivizi crește valoarea rezultatelor experimentale, deoarece toate animalele răspund la fel. Pentru o consistență și mai mare, am reușit, de asemenea, să clonăm șoareci din 1997.

Pe de altă parte, șoarecii sunt, de asemenea, extrem de diverși, ceea ce înseamnă că crescătorii comerciali pot selecta trăsături individuale pentru a crea tulpini consangvinizate cu caracteristici unice. De exemplu, șoarecele CBA are o incidență scăzută a dezvoltării tumorilor mamare (cancer de sân), în timp ce șoarecele nude BALB/c este imunodeficient, deoarece îi lipsește timusul. Aceste tipuri de proprietăți specifice rasei sunt utile, deoarece le permit oamenilor de știință să se concentreze asupra unor boli specifice. Cercetătorii aleg șoarecii mdx, lipsiți de proteina musculară distrofină matură, ca modele pentru a studia distrofia musculară Duchenne, în timp ce alții aleg șoarecii diabetici non-obezi (sau NOD) ca modele bune pentru a studia noi tratamente pentru autoimunitate (Wang et al. 2015).

De ce șoareci? Modificarea genomică

În plus față de strategiile de reproducere bazate pe variații naturale, cercetătorii au la dispoziție și o serie de instrumente de modificare genetică. Având în vedere că șoarecii împărtășesc aproximativ 80 % din genele lor cu oamenii, modificarea ADN-ului de șoarece este o metodă puternică pentru a crea modele animale de boli umane. Tehnici precum sistemul Cre/lox și instrumentul mai nou de editare genetică CRISPR permit cercetătorilor să elimine, să activeze sau să repare genele (Long, et al. 2016), recreând astfel o boală umană la șoarece sau examinând ce se întâmplă atunci când corectează o mutație.

Îndepărtarea sau inactivarea unei gene creează ceea ce oamenii de știință numesc un șoarece „knock-out”. Alternativ, ei pot crea animale transgenice, făcând șoarecii să exprime gene umane sau să poarte celule umane – sau chiar țesuturi umane. Cu astfel de tehnici, cercetătorii pot crea șoareci „umanizați” care răspund fiziologic aproape la fel ca noi, permițându-le cercetătorilor să analizeze modul în care boala modifică un organism uman și cum răspunde acesta la tratament. Cercetătorii efectuează lucrări importante privind infecția cu HIV și tratamentul acesteia folosind șoareci cu sisteme imunitare umanizate (Schultz et al., 2012). De asemenea, au testat noi terapii care împiedică mamele Rhesus-negative să se sensibilizeze la factorul Rhesus în timpul sarcinii, folosind șoareci HOD care exprimă o proteină recombinantă specifică celulelor roșii din sânge (Bernardo et al., 2015).

Chiar dacă există diferențe esențiale între genomul șoarecilor și cel uman, aceste diferențe nu sunt suficiente pentru a scădea valoarea șoarecilor pentru studiul bolilor umane. Deși elementele de reglementare ar putea fi în locuri diferite, amestecate în cele 75 de milioane de ani de când evoluția șoarecilor și a oamenilor s-a despărțit, funcțiile lor de bază sunt păstrate.

Imagine

Despre șoarece…

Cercetătorii de animale sunt în permanență atenți la cei trei R:

• Înlocuiți: Există un experiment alternativ care să nu aibă nevoie de animale?
• Reduce: Putem ajusta proiectul experimental pentru a utiliza mai puține animale?
• Rafinare: Putem reduce la minimum impactul experimentului asupra animalelor?

Cercetarea pe animale este strict reglementată în Canada, existând controale și supravegheri stricte pentru a asigura bunăstarea și tratamentul etic. Aceste reglementări acoperă adăpostirea, îmbogățirea mediului, utilizarea medicamentelor și a anesteziei și chiar reproducerea șoarecilor modificați genetic. Cercetătorii trebuie să își prezinte mai întâi propunerile experimentale în fața unor comitete locale și federale pentru a stabili un plan de îngrijire a animalelor și pentru a evalua factori precum gravitatea, designul și valoarea științifică înainte de a merge mai departe cu studiile.

Penicilina, descoperită inițial de Alexander Fleming în 1928, nu a apărut ca tratament medical care să salveze vieți până la lucrările lui Howard Florey, care i-a testat siguranța și eficacitatea pe șoareci peste zece ani mai târziu. Fără șoareci (și alte animale) în cercetare, medicina umană și animală ar fi fost lipsită de penicilină, de vaccinuri pentru poliomielită și meningită, de terapia cu anticorpi monoclonali, de un leac pentru leucemia promielocitică acută și de transferul de gene pentru fibroza chistică.

Imagine

De ce șoareci? De neînlocuit

Cercetătorii caută mereu alternative la utilizarea animalelor în cercetarea clinică, dar rolul șoarecilor ca modele experimentale pentru bolile umane este, deocamdată, de neînlocuit. Chiar și cu diferențele dintre cele două specii, efectuarea de cercetări de bază pe modele umanizate de boli la șoareci oferă oamenilor de știință informații valoroase. Utilizarea șoarecilor ca surogate permite cercetătorilor să vadă mai întâi cum ar putea răspunde pacienții la tratament înainte de a le administra medicamentul – un pas vital pentru a asigura siguranța pacienților.

Canadian Blood Services – Stimularea inovației de clasă mondială

Prin descoperire, dezvoltare și cercetare aplicată, Canadian Blood Services stimulează inovația de clasă mondială în domeniul transfuziei de sânge, al terapiei celulare și al transplantului – aducând claritate și înțelegere într-un viitor din ce în ce mai complex al asistenței medicale. Echipa noastră de cercetare dedicată și rețeaua extinsă de parteneri se angajează în cercetări exploratorii și aplicate pentru a crea noi cunoștințe, pentru a informa și îmbunătăți cele mai bune practici, pentru a contribui la dezvoltarea de noi servicii și tehnologii și pentru a consolida capacitățile prin formare și colaborare.

Despre autor

Amanda Maxwell este principalul redactor științific la Talk Science to Me, cu sediul în Vancouver.

Opinile reflectate în această postare sunt cele ale autorului și nu reflectă neapărat opiniile Canadian Blood Services și nici pe cele ale Health Canada sau ale oricărei alte agenții de finanțare.

.