Model de boală animală - Animal disease model

Un model animal (prescurtarea pentru modelul bolii animalelor ) este un animal viu, neuman, adesea cu inginerie genetică, utilizat în timpul cercetării și investigației bolilor umane , în scopul înțelegerii mai bune a procesului bolii fără riscul de a dăuna unui om. Deși activitatea biologică la un model animal nu asigură un efect la om, multe medicamente, tratamente și remedii pentru bolile umane sunt dezvoltate parțial cu îndrumarea modelelor animale. Modelele animale care reprezintă grupuri taxonomice specifice în cercetarea și studiul proceselor de dezvoltare sunt, de asemenea, denumite organisme model . Există trei tipuri principale de modele animale: omolog, izomorf și predictiv. Animalele omoloage au aceleași cauze, simptome și opțiuni de tratament ca și oamenii cu aceeași boală. Animalele izomorfe au aceleași simptome și tratamente. Modelele predictive sunt similare cu o anumită boală umană în doar câteva aspecte. Cu toate acestea, acestea sunt utile pentru a izola și a face predicții despre mecanismele unui set de caracteristici ale bolii.

Filogenia și legătura genetică

Deși studiul științific al animalelor îl depășește pe Charles Darwin cu câteva sute de ani, principala justificare pentru utilizarea animalelor în cercetare se bazează pe principiul evoluției conform căruia toate organismele au un anumit grad de relaționare și similitudine genetică datorită ascendenței comune. Prin urmare, studiul rudelor umane taxonomice poate furniza o mulțime de informații despre mecanismul și bolile din corpul uman, care pot fi utile în medicină.

Au fost construiți diferiți arbori filogenetici pentru vertebrate utilizând proteomică comparativă, genetică, genomică, precum și înregistrarea geochimică și fosilă. Aceste estimări ne spun că oamenii și cimpanzeii au împărtășit ultima dată un strămoș comun în urmă cu aproximativ 6 milioane de ani (mya). Fiind rudele noastre cele mai apropiate, cimpanzeii au mult potențial să ne spună despre mecanismele bolii (și ce gene pot fi responsabile pentru inteligența umană). Cu toate acestea, cimpanzeii sunt rareori folosiți în cercetare și sunt protejați de proceduri foarte invazive. Cel mai comun model animal este rozătoarea. Arborii filogeni estimează că oamenii și rozătoarele au împărțit ultima dată un strămoș comun ~ 80-100mya. În ciuda acestei diviziuni îndepărtate, oamenii și rozătoarele au mult mai multe asemănări decât diferențe. Acest lucru se datorează stabilității relative a unor porțiuni mari ale genomului; făcând utilizarea animalelor vertebrate deosebit de productive.

Recent, datele genomice au fost adăugate tehnicilor pentru a face comparații strânse între specii și pentru a determina legătura dintre acestea. Oamenii împărtășesc aproximativ 99% din genomul nostru cu cimpanzei (98,7% cu bonobos) și peste 90% cu șoarecele. Cu atât de mult din genomul conservat între specii, este relativ impresionant faptul că diferențele dintre oameni și șoareci pot fi contabilizate în aproximativ șase mii de gene (de ~ 30.000 în total). Oamenii de știință au reușit să profite de aceste asemănări în generarea de modele experimentale și predictive ale bolilor umane.

Modele de boli

Modelele de animale care servesc în cercetare pot avea o boală sau o leziune existentă, consangvinizată sau indusă , asemănătoare cu o afecțiune umană. Aceste condiții de testare sunt adesea denumite modele animale de boală . Utilizarea modelelor animale permite cercetătorilor să investigheze stările bolii în moduri care ar fi inaccesibile la un pacient uman, efectuând proceduri asupra animalului neuman care implică un nivel de rău pe care nu ar fi considerat etic să îl provoace unui om.

După cum sa menționat în introducere, modelele animale pot fi clasificate ca omoloage, izomorfe sau predictive. Modelele animale pot fi, de asemenea, clasificate mai larg în patru categorii: 1) experimentale, 2) spontane, 3) negative, 4) orfane.

Modelele experimentale sunt cele mai frecvente. Acestea se referă la modele de boli care seamănă cu condițiile umane în fenotip sau răspuns la tratament, dar sunt induse artificial în laborator. Câteva exemple includ:

Modelele spontane se referă la boli care sunt analoage condițiilor umane care apar în mod natural la animalul studiat. Aceste modele sunt rare, dar informative.

Modelele negative se referă în esență la animalele de control, care sunt utile pentru validarea unui rezultat experimental.

Modelele orfane se referă la boli pentru care nu există analog uman și apar exclusiv la speciile studiate.

Creșterea cunoaștere a genomurilor de non-umane primate și alte mamifere care sunt genetic aproape de om este să permită producerea de inginerie genetica țesuturi animale, organe și specii animale , chiar care exprimă bolile umane, oferind un model mai robust al bolilor umane un model animal.

Cele mai bune modele de boală sunt similare în etiologie (mecanismul cauzei) și fenotip (semne și simptome) cu echivalentul uman. Cu toate acestea, bolile umane complexe pot fi adesea mai bine înțelese într-un sistem simplificat în care părți individuale ale procesului bolii sunt izolate și examinate. De exemplu, analogii comportamentali ai anxietății sau durerii la animalele de laborator pot fi folosiți pentru a examina și testa noi medicamente pentru tratamentul acestor afecțiuni la om. Un studiu din 2000 a constatat că modelele animale s-au concordat (au coincis cu adevărații pozitivi și falsi negativi) cu toxicitatea umană în 71% din cazuri, cu 63% numai pentru nonrodenți și 43% numai pentru rozătoare.

În 1987, Davidson și colab. a sugerat ca selectarea unui model animal pentru cercetare să se bazeze pe nouă considerații. Acestea includ „1) adecvarea ca analog, 2) transferabilitatea informațiilor, 3) uniformitatea genetică a organismelor, acolo unde este cazul, 4) cunoștințe generale despre proprietățile biologice, 5) cost și disponibilitate, 6) generalizarea rezultatelor, 7) ușurință și adaptabilitate la manipulare experimentală, 8) consecințe ecologice și 9) implicații etice. ”

Științe comportamentale

Modelele animale observate în științele psihologiei și sociologiei sunt adesea denumite modele animale de comportament . Este dificil să construiești un model animal care să reproducă perfect simptomele depresiei la pacienți. Animalelor le lipsește conștiința de sine , auto-reflectare și considerație; în plus, semnele distinctive ale tulburării, cum ar fi starea de spirit deprimată, stima de sine scăzută sau suiciditatea, sunt greu accesibile la non-oameni. Cu toate acestea, depresia, ca și alte tulburări mentale , constă din endofenotipuri care pot fi reproduse independent și evaluate la animale. Un model animal ideal oferă o oportunitate de a înțelege factorii moleculari , genetici și epigenetici care pot duce la depresie. Prin utilizarea modelelor animale, pot fi examinate modificările moleculare subiacente și relația cauzală dintre modificările genetice sau de mediu și depresie, ceea ce ar permite o mai bună înțelegere a patologiei depresiei. În plus, modelele animale de depresie sunt indispensabile pentru identificarea terapiilor noi pentru depresie.

Provocări și critici

Multe modele animale care servesc drept subiecți de testare în cercetarea biomedicală, cum ar fi șobolanii și șoarecii, pot fi selectivi sedentar , obezi și intoleranți la glucoză . Acest lucru poate confunda utilizarea lor pentru modelarea proceselor metabolice umane și a bolilor, deoarece acestea pot fi afectate de aportul energetic din dietă și de exerciții fizice .

Modelele animale ale bolilor psihiatrice dau naștere la alte preocupări. Aprecierile calitative ale comportamentului sunt prea adesea subiective. Acest lucru l-ar determina pe investigator să observe ceea ce vor să observe la subiecți și să tragă concluzii în conformitate cu așteptările lor. De asemenea, criteriile de diagnostic imprecise pentru bolile psihiatrice duc inevitabil la probleme de modelare a stării; de exemplu, întrucât o persoană cu tulburare depresivă majoră poate prezenta pierderea în greutate sau creșterea în greutate, insomnie sau hipersomnie , nu putem spune cu siguranță că un șobolan cu insomnie și scădere în greutate este deprimat. Mai mult, natura complexă a condițiilor psihiatrice face dificilă / imposibilă traducerea comportamentelor și a deficitelor umane; de exemplu, deficitul de limbaj joacă un rol major în tulburările spectrului autist , dar - din moment ce rozătoarele nu au limbaj - nu este posibil să se dezvolte un șoarece „autist” cu deficiențe de limbaj.

Etică

Dezbatere cu privire la utilizarea etică a animalelor în datele de cercetare la închiriere încă din 1822 , când Parlamentul britanic a adoptat prima lege pentru protecția animalelor prevenirea cruzimii pentru bovine vedea textul . Aceasta a fost urmată de Legea privind cruzimea față de animale din 1835 și 1849, care a incriminat maltratarea, conducerea excesivă și torturarea animalelor. În 1876, sub presiunea Societății Naționale Anti-Vivisecție, Legea privind cruzimea față de animale a fost modificată pentru a include reglementări care reglementează utilizarea animalelor în cercetare. Acest nou act prevedea că 1) experimentele trebuie dovedite absolut necesare pentru instruire sau pentru salvarea sau prelungirea vieții umane; 2) animalele trebuie anesteziate corespunzător; și 3) animalele trebuie ucise de îndată ce experimentul sa încheiat (a se vedea textul). Astăzi, aceste trei principii sunt esențiale pentru legile și liniile directoare care guvernează utilizarea animalelor și cercetarea. În SUA, Legea privind bunăstarea animalelor din 1970 (a se vedea și Legea privind bunăstarea animalelor de laborator) a stabilit standarde pentru utilizarea și îngrijirea animalelor în cercetare. Această lege este aplicată de programul APHIS de îngrijire a animalelor, a se vedea politicile AWA .

În cadrele academice în care finanțarea NIH este utilizată pentru cercetarea animalelor, instituțiile sunt guvernate de Biroul NIH pentru bunăstarea animalelor de laborator (OLAW). La fiecare sit, orientările și standardele OLAW sunt confirmate de un comitet local de evaluare numit Comitetul instituțional pentru îngrijirea și utilizarea animalelor (IACUC). Toate experimentele de laborator care implică animale vii sunt revizuite și aprobate de acest comitet. Pe lângă demonstrarea potențialului de beneficii pentru sănătatea umană, reducerea la minimum a durerii și suferinței și eutanasierea în timp util și umană, experimentatorii trebuie să își justifice protocoalele pe baza principiilor de înlocuire, reducere și rafinare.

Înlocuirea se referă la eforturile de a angaja alternative la utilizarea animalelor. Aceasta include utilizarea de modele computerizate, țesuturi și celule non-vii și înlocuirea animalelor de „ordin superior” (primate și mamifere) cu animale de ordin „inferior” (de exemplu, animale cu sânge rece, nevertebrate, bacterii) ori de câte ori este posibil ( listă de organisme model comune aprobate pentru utilizare de către NIH ).

Reducerea se referă la eforturile de minimizare a numărului de animale utilizate în timpul unui experiment, precum și la prevenirea replicării inutile a experimentelor anterioare. Pentru a satisface această cerință, se utilizează calcule matematice ale puterii statistice pentru a determina numărul minim de animale care poate fi utilizat pentru a obține un rezultat experimental semnificativ statistic. Reducerea implică metode de maximizare a informațiilor furnizate, reducând în același timp numărul de animale aplicate.

Rafinarea se referă la eforturile de a face proiectarea experimentală cât mai nedureroasă și eficientă posibil pentru a reduce la minimum suferința fiecărui subiect animal.

Deși s-au făcut progrese semnificative în îngrijirea și tratarea animalelor, aceasta este o dezbatere în continuă evoluție. Grupurile pentru protecția drepturilor animalelor precum ASPCA, PETA și BUAV continuă să pledeze pentru cele mai bune condiții de laborator și protocoale experimentale posibile pentru animale în cercetare. Presiunea acestor grupuri a dus, de asemenea, la noi moduri de experimentare, care nu implică sacrificarea animalelor vii.

Un aspect al acestei dezbateri; cu toate acestea, continuă să fie dificil de rezolvat: clasificarea animalelor în funcție de o ierarhie, care protejează unele specii mai mult decât altele. Alături de oameni, primatele sunt cele mai protejate specii din experimentare. Raționamentul pentru acest lucru are atât fundamentele evolutive, cât și cele filosofice. Deoarece cimpanzeii și alte primate neumane pot demonstra inteligență și structură socială că au o experiență de viață care este mai complexă din punct de vedere cognitiv decât speciile inferioare. În schimb, acest tip de moralizare a complexității interacțiunii și a gândirii ar putea fi considerat „specieism”. În cele din urmă, acesta este un argument care nu poate fi rezolvat, cu toate acestea majoritatea oamenilor sunt mai confortabili cu ideea experimentării care implică viermi sau muște decât șoarecii, câinii sau maimuțele.

Alternative

Preocupările etice, precum și costul, întreținerea și relativa ineficiență a cercetării pe animale au încurajat dezvoltarea de metode alternative pentru studiul bolilor. Cultura celulară și studiile in vitro oferă o alternativă care păstrează fiziologia celulei vii, dar nu necesită sacrificarea unui animal pentru studii mecaniciste. Umane induse de celule stem pluripotente pot de asemenea mecanisme noi pentru a elucida cancerul de intelegere si regenerarea celulelor. Studiile de imagistică (cum ar fi scanarea RMN sau PET ) permit studiul neinvaziv al subiecților umani. Progresele recente în genetică și genomică pot identifica genele asociate bolii , care pot fi vizate pentru terapii.

Vezi si

Referințe

linkuri externe