Eksperymenty na zwierzętach to temat silnie nacechowany emocjonalnie, a ich stosowanie budzi w społeczeństwie wiele kontrowersji. Współczesna nauka dysponuje już metodami, które w określonych przypadkach pozwalają prowadzić badania podstawowe bez udziału zwierząt – z użyciem modeli komputerowych lub hodowli komórkowych. Niektóre zagadnienia, takie jak rola snu w procesie zapamiętywania, są nawet badane bezpośrednio u ludzi.
Jednak nie we wszystkich sytuacjach można zastosować metody komputerowe, eksperymenty komórkowe czy badania na ochotnikach. W takich przypadkach wciąż sięga się po modele zwierzęce – głównie kręgowce, jak myszy czy danio pręgowany (zebrafish). Każde użycie zwierząt w badaniach musi być ściśle uzasadnione oraz spełniać wymogi etyczne. W nauce podstawowej kluczową rolę odgrywa tu bilans potencjalnych korzyści wynikających z badań i ponoszonych przez zwierzęta kosztów biologicznych i behawioralnych.
Badania zgodne z zasadą 4R
W praktyce naukowej decyzja o przeprowadzeniu doświadczenia na zwierzętach jest ściśle uregulowana prawnie i oceniana z najwyższą starannością etyczną. Badacze kierują się zasadą 3R, zgodnie z którą eksperymenty na zwierzętach należy redukować (Reduction), udoskonalać (Refinement) oraz zastępować (Replacement) tam, gdzie to możliwe. Instytuty Maxa Plancka rozszerzyły tę zasadę o czwarte „R”: Responsibility (Odpowiedzialność) – czyli osobistą odpowiedzialność każdego naukowca za krytyczne podejście do stosowania modeli zwierzęcych oraz za etyczne i transparentne uzasadnienie ich wykorzystywania.
„W Instytutach Maxa Plancka zobowiązujemy się nie tylko do ograniczania liczby zwierząt w badaniach, ale także do poprawy ich dobrostanu społecznego, rozwijania narzędzi oceny ich zdolności poznawczych, świadomości i inteligencji oraz do prowadzenia publicznej debaty na temat etyki zwierząt” – mówi dr Thomas Ott, odpowiedzialny za modele neurobiologiczne, badania na zwierzętach i bezpieczeństwo biologiczne w Instytucie Maxa Plancka ds. cybernetyki biologicznej. Jak podkreśla, pełne wdrożenie zasad 4R jest warunkiem uzyskania zgody od odpowiednich urzędów na prowadzenie badań z udziałem zwierząt.
Więcej z myszy niż myślimy
Aby zrozumieć przyczyny różnorodności neuronów oraz znaleźć potencjalne metody leczenia chorób takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona, niezbędne jest poznanie procesów biofizycznych i biochemicznych mózgu oraz układu nerwowego. Struktura i funkcja tych układów są w dużym stopniu zachowane między człowiekiem a zwierzętami.
Myszy są jednymi z najczęściej wykorzystywanych organizmów modelowych, ponieważ ich materiał genetyczny można precyzyjnie modyfikować – co czyni je idealnymi do badania genetycznych podstaw chorób. Do 95% ich genomu pokrywa się z ludzkim, co sprawia, że są szczególnie cenne w neurobiologii. Myszy transgeniczne umożliwiają dokładniejsze eksperymenty i znacząco przyczyniły się do rozwoju terapii wielu schorzeń.
„Podstawowy plan budowy myszy różni się od ludzkiego tylko w niewielkim stopniu. Pozwala to na badanie, jakie skutki ma wyłączenie określonych genów i co to mówi nam o zaburzeniach u ludzi” – wyjaśnia Ott. „Wszystkie współczesne osiągnięcia medycyny opierają się o dane z badań podstawowych. Tylko gdy rozumiemy, dlaczego, gdzie i kiedy dochodzi do patologii w mózgu, jesteśmy w stanie opracować skuteczne leczenie.”
Mała ryba, wielki ekran
Danio pręgowany (zebrafish) zyskał status modelowego organizmu w wielu dziedzinach biologii. Już w latach 90. XX w. noblistka Christiane Nüsslein-Volhard prowadziła w Instytucie Maxa Plancka badania nad dziedzicznymi wzorami ubarwienia tych ryb i ich wpływem na dobór partnerów.
Obecnie danio pręgowany jest obserwowany przez zaawansowany mikroskop świetlny własnej konstrukcji, który śledzi ruchy larw ryby w czasie rzeczywistym dzięki inteligentnemu oprogramowaniu. Młode osobniki mają przezroczyste czaszki, co umożliwia obrazowanie aktywności mózgu z wykorzystaniem światła fluorescencyjnego. Dane wizualne są analizowane komputerowo.
Eksperymenty te odbywają się w warunkach minimalnej ingerencji – larwy mogą swobodnie się poruszać. „Aby badania behawioralne były wiarygodne, ryby muszą czuć się komfortowo, a ich środowisko powinno odpowiadać naturalnym warunkom życia. Każde zakłócenie mogłoby zafałszować wyniki” – podkreśla Ott.
Ryby są trzymane w niewielkich akwariach w małych grupach, aby uniknąć stresu społecznego i rywalizacji.
Szanse i ograniczenia metod alternatywnych
Technologia organ-on-a-chip to jedna z najbardziej obiecujących metod alternatywnych wobec badań na zwierzętach. Polega na hodowaniu z komórek macierzystych miniaturowych struktur przypominających narządy – organoidów. Choć pozbawione naczyń krwionośnych i tkanki łącznej, wykazują one cechy fizjologiczne prawdziwych organów. Na specjalnych chipach tworzone są trójwymiarowe modele komórkowe i tkankowe, które można ze sobą łączyć, aby odwzorować interakcje narządów poza organizmem.
Specjalne membrany i mikrokanały zapewniają dopływ tlenu i składników odżywczych. Na takich biochipach testuje się już działanie leków – można ocenić, czy dany związek chemiczny uszkadza tkanki. Jednak, jak zaznacza Ott, „to, że substancja wydaje się bezpieczna w modelu, nie oznacza jeszcze, że nie wywoła niepożądanych reakcji w ludzkim organizmie”.
Biochipy nadal mają ograniczenia: trudności w hodowli niektórych typów komórek, ograniczona możliwość łączenia organoidów, niemożność odwzorowania złożonych funkcji jak emocje, układ krążenia czy hormony. Nie można też na nich prowadzić badań behawioralnych.
„Na całym świecie trwają intensywne prace nad rozwojem tych technologii, ale obecnie nie pozwalają one na pełne zastąpienie zwierząt w badaniach. Co więcej, nawet wyniki uzyskane z organoidów często wymagają weryfikacji w eksperymentach na zwierzętach” – podsumowuje Ott.
Źródło: Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik
