Биомедицинские и фармацевтические исследования занимают много времени, требуют немало денег, сил, участия огромного количества ученых. Кроме того, до сих пор провести научные исследования практически невозможно без участия лабораторных животных. Во Всемирный день защиты лабораторных животных разбираемся в истории вопроса и выясняем, могут ли современные технологии заменить мышей, крыс и рыб, используемых в опытах.
Мы живы благодаря животным
Исследования на животных проводятся с давних времен – записи о таких экспериментах есть у Гиппократа и Галена, считающимися основателями современной медицины. Галена, жившего во II веке н.э. и вовсе называют отцом вивисекции – этим термином называют операции на живых животных.
Животные сперва использовались для получения знаний об анатомии и отработки оперативных навыков, а с XIX века активно начали применяться в качестве объектов для изучения физиологии, природы заболеваний и оценки влияния тех или иных лекарств.
Иван Павлов изучал условные рефлексы на собаках, Иван Сеченов – процессы нервного возбуждения и торможения на лягушках, Луи Пастер – течение сибирской язвы у овец.
К XX веку масштабы экспериментов на животных стали еще более впечатляющими. Существует точка зрения, согласно которой, абсолютно все научные достижения в области медицины в XX веке, были бы невозможны без участия лабораторных животных. Благодаря им был выделен инсулин, разработаны вакцины от лепры, созданы и испытаны многие антибиотики, кроме того, эксперименты на животных позволили создать генетически-модифицированные организмы и клонировать млекопитающее.
Животные вносили (и вносят) свой вклад не только в такие революционные события как клонирование овечки Долли, но и в процесс создания большей части лекарств. Так, например, без животных невозможна оценка токсичности лекарственных препаратов – обязательный этап проверки новых медикаментов. В США, например, проверку на животных внедрили в 1937 году после так называемой «сульфаниламидной катастрофы». Тогда в продажу поступил антибиотик в жидкой форме – это было лекарство, предназначенное специально для детей. Действующее вещество растворили в токсичном для человека диэтиленгликоле, а полученный препарат без дальнейших проверок был отправлен в продажу. Вскоре после того, как лекарство оказалось на прилавке, появились сведения о первых смертях пациентов. Лекарство стали срочно изымать из оборота, а покупателей попытались предупредить о страшном побочном эффекте, однако избежать катастрофы не удалось – от эликсира сульфаниламида скончались более 100 человек.
Стратегия трех R
Чем чаще проводились эксперименты на животных, тем чаще звучали требования четко регулировать проведение таких опытов. Одной из первых этой задачей занялась Университетская федерация защиты животных, основанная в 1926 году при Лондонском университете. В дальнейшем ее поддержали и другие зоозащитники, что привело к формированию так называемой стратегии «трех R», которой рекомендовано придерживаться при проведении опытов на лабораторных животных:
- replacement – замена животных альтернативными экспериментальными моделями;
- reduction – уменьшение числа животных, используемых в опытах;
- refinement – оптимизация и усовершенствование экспериментальных методик.
Впервые эти принципы были предложены в 1959 году и с тех пор остаются основой рекомендаций, касающихся опытов с участием животных. Следование этим принципам должно помочь сократить число лабораторных животных и сделать сами эксперименты более гуманными.
Для того, чтобы привлечь внимание общества к проблеме опытов над животными в 1979 году был учрежден Всемирный день защиты лабораторных животных, ежегодно отмечаемый 24 апреля. С инициативой учреждения этого праздника выступило Национальное антививисекционное общество (NAVS), а датой выбрали день рождения ее бывшего президента Хью Даудинга.
лабораторных животных в США
Активисты, выступающие против использования животных в научных экспериментах, на сегодняшний момент добились более впечатляющих изменений в косметической промышленности, чем в фармацевтической. Число марок косметики, помеченных значком cruelty free и кроликом в круге либо содержащих пометку «не тестировалось на животных», довольно велико, а вот лекарств с такой маркировкой, практически нет. О создании одного такого препарата сообщили в 2021 году израильские ученые – на разработку лекарства, стимулирующего расщепление избыточного жира, накапливающегося в печени, у них ушло всего 8 месяцев. Впрочем, пока это скорее исключение из правил, чем общепринятая практика.
Шаги, способствующие сокращению опытов над животными, начинают предпринимать и на законодательном уровне. Так, например, в конце 2022 года в США был принят закон, согласно которому разработчики лекарств не обязаны тестировать препараты на животных, однако могут это делать, если альтернатив таким экспериментам нет.
В России пока разработаны лишь рекомендации, которым советует следовать Российский научный фонд. Организация советует сокращать количество экспериментальных животных, ограничивать причиняемый им вред до минимума, а по возможности избегать таких экспериментов.
Можно ли отказаться от экспериментов на животных
Количество животных действительно впечатляет – согласно одному исследованию ежегодно в исследованиях используется 100 миллионов особей. Это не только мыши, кролики, лягушки, которые сразу приходят на ум, но и черви, рыбки данио-рерио, голые землекопы, обезьяны, свиньи, собаки, морские свинки и многие другие виды.
Большинство животных выращиваются специально для экспериментов в нужном количестве, а многие линии несут те или иные мутации, упрощающие проведение опытов. Например, лекарства от рака испытывают на животных со склонностью к образованию опухолей, а препараты от диабета – на тех, кто страдает именно этой болезнью.
Ученые полагают, что полностью отказаться от братьев наших меньших не получится – альтернативные модели могут заменить их лишь частично, так как воссоздать столь сложные многоклеточные структуры с непростой физиологией в искусственных условиях практически невозможно.
В то же время сторонники альтернативных моделей указывают на то, что результаты, полученные в опытах на животных, воспроизводятся на людях с достаточно низкой частотой, а потому не каждый эффект, замеченный на мышах или кроликах, можно будет увидеть на пациентах. Один из ярких примеров того, когда экспериментальная модель оказалась неприменима к людям – громкая история талидомида. Это лекарство было разработано и внедрено в клиническую практику в 1957 году как средство, способное облегчить самочувствие при токсикозе во время беременности. Оно было протестировано в том числе и на беременных животных, а результаты этих опытов не выявили никаких аномалий – мышата рождались абсолютно здоровыми. Прием лекарства беременными женщинами же обернулся настоящей катастрофой. Выяснилось, что талидомид вызывал внутриутробные пороки развития, на свет начали появляться дети с аномалиями развития конечностей и ушных раковин. На то, чтобы обнаружить этот страшный побочный эффект и убрать лекарство из продажи, ушло несколько лет – за этот период родились тысячи малышей с нарушениями.
Чипы, органоиды, математические модели
Исследования в области разработки экспериментальных моделей, которые могут стать достойной альтернативой лабораторным животным, ведутся очень активно, занимаются этой задачей и в России.
Мини-органы
Одно из перспективных направлений – создание мини-органов, предназначенных для тестирования лекарств. Это выращенные в лабораторных условиях крошечные структуры – сердца, почки, печень, состоящие из клеток и тканей, характерных именно для этого органа. Такие органоиды как правило не способны выполнять все функции, на которые способны полноценные органы, но «отреагировать» на тот или иной препарат они могут.
Одна из недавних разработок – «мини-мозг», выращенный в новосибирском НИИ цитологии и генетики. Органоиды будут использоваться для изучения влияния мутаций на процесс развития мозга и возникновение тех или иных патологий.
Растительная тест-система
Другой подход – использовать для тестирования лекарств растения. Его предлагают исследователи из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, которые разработали тест-систему для противотромботических лекарств на основе шпината.
Из листьев шпината были удалены все клеточные компоненты, а оставшийся «каркас» использовался в качестве аналога сосудистой системы. Исследователи успешно испытали свою систему, внедрив в растительный «сосуд» сперва искусственный тромб, а затем наночастицы, несущие лекарственный препарат. Сгусток был успешно растворен, просвет сосуда освобожден, а тест-система продемонстрировала свою работоспособность.
Фантомные животные
Заменить настоящих мышей трехмерными моделями придумали в Томском политехническом университете. Фантомных грызунов напечатали на 3D-принтере, используя ПЛА-пластик для мягких тканей и ПЛА-пластик с добавлением меди для твердых структур. Напечатанные животные довольно реалистичны – у них есть кожа, скелет, некоторые внутренние органы, например, легкие, головной и спинной мозг.
Такие мыши предназначены для оптимизации проведения лучевой терапии при онкологических заболеваниях, использование фантомов поможет отработать все параметры излучения перед лечением пациента.
Виртуальное тестирование
Математические модели, описывающие все многообразие процессов, происходящих в организме при том или ином заболевании, и вовсе предлагают отказаться от тестирований в лабораторных условиях.
В Институте системной биологии придумали специальную программу для виртуального тестирования онкопрепаратов, создав цифровую модель иммунитета человека. Ее применение поможет понять, даст ли назначение того или иного лекарства ожидаемый эффект. Систему, получившая название Immune Response Template, уже взяли на вооружение несколько фармацевтических компаний.
Органы-на-чипе
Орган-на чипе – крошечное устройство, обязательной частью которого являются живые клетки тех или иных органов. Кроме клеток в чипе присутствует искусственная система микроканалов, которая позволяет имитировать движение биожидкостей – крови, лимфы, ликвора, подобно тому, как это происходит в полноценных органах.
Чип, заселенный клетками, подвергается определенным воздействиям или влиянию лекарственных препаратов, а экспериментаторы фиксируют изменения, которые происходят в клетках.
В Научном центре неврологии (НЦН) и МГТУ имени Н.Э. Баумана занимаются созданием мозга-на-чипе, устройстве, имитирующем гематоэнцефалический и гематоликворный барьеры, влияющие на поведение лекарств в живом организме. Разработка, которая упростит и ускорит изучение новых лекарственных препаратов, а также станет важным компонентом исследований на головном мозге, будет готова к 2026 году.
Альтернативных моделей становится все больше, они внедряются все шире, органы-на-чипе, кажется, считаются наиболее перспективным подходом. Однако пока заменить опыты на животных полностью они неспособны. Этого не произойдет до тех пор, пока эксперименты in vitro, то есть в пробирке, не станут настолько совершенными, что окажутся полностью идентичны живым организмам.
Не исключено, что это произойдет на нашем с вами веку. Пока же «самые младшие научные сотрудники» продолжают выполнять свою важную работу, без которой невозможно появление новых препаратов и подходов к терапии, то есть по сути берегут жизнь и здоровье каждого из нас.
Текст: Ксения Скрыпник
