Каждый год в апреле отмечается Всемирный день защиты лабораторных животных. Опыты над животными упоминаются еще в трудах древнегреческих врачей, живших и работавших в II и IV веках до нашей эры. Первопроходцами вивисекции были Эрасистрат, Герофил, Галлен. Позднее арабский врач Иби Зухр использовал этот опыт не только для изучения функций того или иного органа, но и как метод экспериментального тестирования хирургических процедур, которые после могли быть «исполнены» на человеке.
Предыстория
В период развития экспериментальной медицины и биологии в конце XIX века метод научного исследования получил особую популярность и массовость. Конечно, стоит отметить, что во времена древнегреческих врачей никакой анестезии не было и все опыты проводились на живом и все чувствующем организме. Сейчас ученые используют анестезию не только для безболезненности процедуры, но и для облегчения работы. Многие научные центры и лаборатории шагнули дальше и отказались от экспериментов над животными в пользу более современных и гуманных способов проведения исследований.
Как проходят эти исследования, и кто или что становится «подопытным кроликом» рассказывают ученые PMI Science.
Новые системы в исследованиях
Испытания на животных проводятся для различных целей: базовые исследования работы организмов, разработка новых и современных методик лечения болезней, тестирование безопасности и качества лекарств, проверка уходовой и декоративной косметики на аллергены, изучение токсичности различных пестицидов, пищевых продуктов, товаров и многое другое. Например, исследование токсичности одного пестицида на животном может занимать до 10 лет, и только благодаря этому исследованию можно будет точно сказать, безопасно оно для всех живых организмов или нет.
Ученые научно-исследовательского центра «Куб» используют в своих исследованиях важное научное направление – системную токсикологию. Этот подход помогает сократить использование лабораторных животных до минимально необходимого, не снижая при этом качество исследований. Системная токсикология использует методы вычислительной биологии и биоинформатики для решения задач в области анализа токсичности соединений.
Давайте рассмотрим, в чем разница между классическим и современным подходами к токсикологическим экспериментам с точки зрения гуманного отношения к животным.
В классическом подходе лаборант вводит исследуемое вещество животному, изучает внешнюю реакцию, затем усыпляет объект, чтобы взять образцы тканей и изучить состояние внутренних органов. Современный же подход допускает оценку соединений токсичности уже на начальном этапе – первой реакции на молекулярные механизмы. Каждый следующий шаг расширяет понимание свойств системы в целом, которые нельзя спрогнозировать по единичным элементам.
К альтернативному способу можно отнести: методики in vitro, которые предполагают изучение органов, тканей и клеток в пробирках или в чашках Петри, а также компьютерное моделирование, благодаря которому можно построить модели прогнозирования.
Данные, полученные в результате испытаний, собираются, анализируются и интегрируются с другими биологическими анализами. Другими словами, у ученых появляется «карта исследований» в цифровом формате, на которой можно увидеть, какая реакция была, например, на компонент А, а какая – на компонент Б.
Если говорить об инновациях, то в доклинических исследованиях кроме лабораторных животных и культур, используется еще одна альтернатива, находящаяся на стыке биологии, химии, физики и биоинженерии – «органы-на-чипе».
Чип представляет собой небольшое устройство – пластину, выполненную из стекла, кремния или полимерных соединений, в которой по системе микроканалов передвигаются жидкости и взаимодействуют с клетками внутренних органов и тканей человеческого организма. Таким образом, совмещая микроэлектронные технологии и клеточные материалы, ученые получают орган-на-чипе, который симулирует работу какого-либо органа живых существ.Такой способ изучения более достоверен, особенно при разработке препаратов, так как лекарство, испытанное на мышах, может быть бесполезным или даже вредным для человека в виду различий между живыми организмами. В то же время эксперименты с использованием чипов могут дать валидный результат в относительно короткие сроки, и, следовательно, сократить затраты на проведение исследования. Система органов-на-чипе, вероятно, со временем сможет дополнить и улучшить методы исследований с использованием лабораторных животных, и даст ученым возможность получать персонифицированные данные для каждого пациента. Это упростит дальнейшую работу врачей и повысит скорость установки диагноза или назначения лекарственных препаратов.
По статистическим данным, около 80% испытаний на лабораторных животных оканчиваются неудачей, поэтому ученые активно ищут новые способы исследований. Несмотря на то, что концепция органов-на-чипе появилась чуть больше 10 лет назад, пока этот способ лабораторного тестирования не так широко распространен. Для того, чтобы как можно больше лабораторий узнали о новой технологии, нужно время и соответствующие разрешения со стороны регулирующих органов.
Еще одной инновацией в сфере экспериментальных исследований стала 3D-печать, которая получила широкое распространение в медицине: от изготовления анатомических моделей до создания органов и имплантатов. Помимо прочего, эту технологию применяют и для исследования бактерий и вирусов: на специализированном трехмерном принтере печатают копии органов человека в миниатюрном формате из генетически перепрограммированных клеток человеческой кожи и таким образом получают основу для тестирования химических соединений.
Взгляд в будущее: тренды 3R
Лабораторные животные до сих пор являются частью научных экспериментов, но научный прогресс и новые направления развития биологии продвигаются с сторону сокращения использования лабораторных животных. Какие еще возможности ждут нас? Попробуем заглянуть в будущее сквозь призму современных трендов, направленных в большей степени не на технологическую революцию, а скорее на этические нормы.