Testy na zwierzętach przeprowadzane w imię nauki, potrafią być okrutne, niehumanitarne, a często wręcz niepotrzebne. Ich zwolennicy mówią, że tu nie ma przestrzeni na dyskusję, bo przecież wszystko można usprawiedliwić “nadrzędnym dobrem”, jakim bez wątpienia jest zdrowie i życie człowieka. Skoro istnieją organizmy modelowe, to dlaczego ich nie wykorzystywać? Szkopuł tkwi w tym, że taka retoryka była dobra 15-20 lat temu, gdy nie mieliśmy alternatyw. Dzisiaj sytuacja wygląda zgoła odmiennie.
Po co nam testy na zwierzętach?
Ważną rolę w testach na zwierzętach odgrywa opracowana blisko 65 lat temu tzw. zasada 3R, która oznacza ograniczenie eksperymentów na zwierzętach (Reduction), ulepszenie metod wykorzystywania zwierząt w doświadczeniach (Refinement) oraz zastąpienie ich innymi środkami (Replacement). Od lat jest ona traktowana priorytetowo zarówno w USA, jak i krajach Unii Europejskiej. Powinny być one przestrzegane przez wszystkich naukowców i wprowadzane do krajowych oraz międzynarodowych procedur eksperymentalnych na zwierzętach.
Czytaj też: Wszczepili to do mysich mózgów, aby zbadać jedną reakcję. Czym właściwie były te ludzkie organoidy?
Przez długi czas problemem były same organy regulacyjne, które często wręcz wymagały przebytych testów na zwierzętach, bez nich nie dopuszczając nowego leku czy innowacyjnej terapii do zastosowania klinicznego. Ale dobry krok ku zmianie tego trendu wykonała niedawno Amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA), która ogłosiła, że nie wymaga już testów na zwierzętach przed zatwierdzeniem nowych leków. Ustawa FDA Modernization Act 2.0 uchwalona pod koniec 2022 r. pozwala na akceptację kliniczną farmaceutyków testowanych bez udziału zwierząt, np. z udziałem hodowli komórkowych, organoidów czy modeli komputerowych. Oznacza to, że potencjalny lek może trafić do badań klinicznych z udziałem ludzi bez żmudnych i często skomplikowanych testach na zwierzętach. Czy to na pewno dobra wiadomość?
Jim Newman z Americans for Medical Progress (AMP), organizacji non-profit wspierającej wykorzystanie testów na zwierzętach w badaniach biomedycznych, mówi:
Cała społeczność badawcza w pełni popiera przyjęcie alternatywnych rozwiązań bez wykorzystania zwierząt, które mogą ograniczyć lub zastąpić badania na zwierzętach. Podobnie jak większość Amerykanów, społeczność badawcza – składająca się z naukowców, weterynarzy i innych zaangażowanych pracowników zajmujących się zwierzętami – kocha i docenia zwierzęta.
Zgodnie z dotychczasowymi wytycznymi FDA, zanim dany lek trafi do badań klinicznych z udziałem ludzi, musi zostać przetestowany na jednym gatunku gryzonia i jednym gatunku zwierzęcia niebędącego gryzoniem. To pozwala wykazać, jak dana substancja rozkłada się w organizmie, czy dociera do konkretnych tkanek i czy wywiera na nie zamierzony efekt, ujawniając potencjalne skutki uboczne. Takie rozumowanie nie jest idealne, bo ponad 90 proc. leków, które przejdą wstępne testy na zwierzętach, nie trafia do dalszych etapów – okazuje się bowiem nieskuteczna lub niebezpieczna u ludzi, jak wynika z przeglądu Translational Medicine Communications.
Alternatywy czy konieczność?
Eksperci twierdzą, że samo podpisanie ustawy FDA Modernization Act 2.0 to dopiero połowa sukcesu. Kluczowe będzie przekonanie firm farmaceutycznych, by przeszły na metody alternatywne, których dzisiaj mamy pod dostatkiem. Dzięki coraz bardziej zaawansowanym modelom sztucznej inteligencji i coraz potężniejszym komputerom opracowano modele do oceny toksyczności leków – jeden z nich, opisany w raporcie z 2018 r. w Frontiers in Physiology, przewiduje, czy dany lek może mieć toksyczny wpływ na serce. Doskonalenie modeli opartych na AI będzie miało zasadnicze znaczenie dla globalnej rezygnacji z testów na zwierzętach na wczesnych etapach, które mają ocenić, jak leki rozkładają się w organizmie i wchodzą w interakcje z poszczególnymi tkankami.
Czytaj też: Ważny krok w badaniu komórek macierzystych. Organoidy będą jeszcze lepsze
Jeszcze więcej możemy osiągnąć dzięki tzw. narządom na chipie (Organ-on-Chip, OoC), które w połączeniu z komórkami macierzystymi mogą symulować środowisko biologiczne. OoC to tak naprawdę mikrochipy wielkości szkiełek mikroskopowych lub pendrive’ów, które zawierają kanały wyłożone sztucznymi ludzkimi naczyniami krwionośnymi. Zastosowanie komórek charakterystycznych dla danego narządu oraz zastosowanie sił mechanicznych i przepływu, pozwala na odtworzenie architektury i mikrośrodowiska danego organu. To rozwiązanie znacznie dokładniejsze niż nawet najlepsze hodowle komórkowe i najdokładniejsze modele komputerowe, bo pozwala sprawdzić działanie leku na dany narząd, tyle że w mikroskali. W USA i Europie są one już regularnie stosowane.
Zastąpienie modeli zwierzęcych przez narządy na chipie będzie następowało stopniowo, ponieważ każdy system musi zostać zatwierdzony do konkretnego celu, aby pokazać, jak lek jest wchłaniany przez jelito cienkie lub czy nie uszkadza komórek serca. Mimo iż narządy na chipie nie są w niczym “lepsze” od OoC, to jednak na pewnych etapach są traktowane jako wystarczająca alternatywa. Jeżeli skutki uboczne wynikające z zażywania danego leku miałyby ujawnić się po podaniu go gryzoniowi, to tym bardziej uda się je uchwycić w OoC.
W ocenie skuteczności działania leków przeciwnowotworowych lub innych substancji o charakterze supresorowym coraz częściej wykorzystuje się sferoidy (hodowle trójwymiarowe), czyli agregaty komórek nowotworowych hodowane celowo w warunkach in vitro. Są one formą pośrednią między hodowlami komórkowymi a guzami wzrastającymi spontanicznie, a więc mogą dostarczyć nam mnóstwo wiedzy na temat skuteczności poszczególnych terapii. Do badania raka płuc, często wykorzystuje się sferoidy wyhodowane z pierwotnych linii komórkowych, które są populacjami komórek pobranych bezpośrednio od pacjentów i mogą się replikować tylko kilka razy; przeciwnie do tzw. unieśmiertelnionych linii komórkowych, które mogą być hodowane w nieskończoność. Chociaż często trudniej je uzyskać niż komórki nieśmiertelne, komórki pierwotne lepiej oddają to, co dzieje się w nowotworze u człowieka.
Ale prawdopodobnie najbardziej obiecującą alternatywą dla badań na zwierzętach są organoidy (mininarządy), czyli trójwymiarowe skupiska komórek hodowanych w laboratorium, naśladujące kluczowe cechy biologiczne pełnowymiarowych organów. Często pochodzą one z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) i są hodowane na fizycznym rusztowaniu, dzięki czemu są przydatne do obserwowania odpowiedzi na leki na poziomie komórek i tkanek, a także do oceny, jak dobrze leki przylegają do swoich celów molekularnych.
Co czeka nas dalej?
Mimo postępów w pracach nad symulacjami komputerowymi, organami na chipie i organoidami, potrzeba testów na zwierzętach będzie stopniowo się zmniejszać, choć nie zniknie całkowicie jeszcze przez długi czas. Wiele firm traktuje modele zwierzęce jako sprawdzony i stosunkowo “prosty” etap rejestracji leku. Organoidy to niewątpliwie przyszłość biotechnologii, ale wciąż daleko im do doskonałości. Obecnie są w stanie w ograniczonym zakresie odtwarzać funkcjonowanie pełnowymiarowych narządów, ale nie całego organizmu. A przecież nawet najlepsze leki ukierunkowane np. na pracę serca odbijają się negatywnie na działaniu wątroby – w organoidach tego nie dostrzeżemy, a w żywej myszy już tak.