Щороку у квітні відзначається Всесвітній день захисту лабораторних тварин. Досліди над тваринами згадуються ще в працях давньогрецьких лікарів, які жили і працювали в II і IV століттях до нашої ери. Першопрохідцями вівісекції були Ерасістрат, Герофіл, Галлен. Пізніше арабський лікар Ібі Зухр використовував цей досвід не тільки для вивчення функцій того чи іншого органу, але і як метод експериментального тестування хірургічних процедур, які після могли бути «виконані» на людині.
Передісторія
У період розвитку експериментальної медицини і біології наприкінці XIX століття метод наукового дослідження отримав особливу популярність і масовість. Звичайно, варто зазначити, що за часів давньогрецьких лікарів ніякої анестезії не було і всі досліди проводилися на живому і все відчуваючому організмі. Зараз вчені використовують анестезію не тільки для безболісності процедури, а й для полегшення роботи. Багато наукових центрів і лабораторій зробили крок далі і відмовилися від експериментів над тваринами на користь більш сучасних і гуманних способів проведення досліджень.
Як проходять ці дослідження, і хто або що стає «піддослідним кроликом» розповідають вчені PMI Science.
Нові системи в дослідженнях
Випробування на тваринах проводяться для різних цілей: базові дослідження роботи організмів, розробка нових і сучасних методик лікування хвороб, тестування безпеки та якості ліків, перевірка доглядової та декоративної косметики на алергени, вивчення токсичності різних пестицидів, харчових продуктів, товарів та багато іншого. Наприклад, дослідження токсичності одного пестициду на тварині може займати до 10 років, і тільки завдяки цьому дослідженню можна буде точно сказати, безпечно воно для всіх живих організмів чи ні.
Вчені науково-дослідного центру «Куб» використовують у своїх дослідженнях важливий науковий напрямок - системну токсикологію. Цей підхід допомагає скоротити використання лабораторних тварин до мінімально необхідного, не знижуючи при цьому якість досліджень. Системна токсикологія використовує методи обчислювальної біології та біоінформатики для вирішення завдань в області аналізу токсичності сполук.
Давайте розглянемо, в чому різниця між класичним і сучасним підходами до токсикологічних експериментів з точки зору гуманного ставлення до тварин.
У класичному підході лаборант вводить досліджувану речовину тварині, вивчає зовнішню реакцію, потім присипляє об'єкт, щоб взяти зразки тканин і вивчити стан внутрішніх органів. Сучасний же підхід допускає оцінку сполук токсичності вже на початковому етапі - першої реакції на молекулярні механізми. Кожен наступний крок розширює розуміння властивостей системи в цілому, які не можна спрогнозувати за одиничними елементами.
До альтернативного способу можна віднести: методики in vitro, які передбачають вивчення органів, тканин і клітин у пробірках або в чашках Петрі, а також комп'ютерне моделювання, завдяки якому можна побудувати моделі прогнозування.
Дані, отримані в результаті випробувань, збираються, аналізуються та інтегруються з іншими біологічними аналізами. Іншими словами, у вчених з'являється «карта досліджень» у цифровому форматі, на якій можна побачити, яка реакція була, наприклад, на компонент А, а яка - на компонент Б.
Якщо говорити про інновації, то в доклінічних дослідженнях крім лабораторних тварин і культур, використовується ще одна альтернатива, що знаходиться на стику біології, хімії, фізики та біоінженерії - «органи-на-чіпі».
Чіп являє собою невеликий пристрій - пластину, виконану зі скла, кремнію або полімерних сполук, в якій по системі мікроканалів пересуваються рідини і взаємодіють з клітинами внутрішніх органів і тканин людського організму. Таким чином, поєднуючи мікроелектронні технології та клітинні матеріали, вчені отримують орган-на-чіпі, який симулює роботу будь-якого органу живих істот. Такий спосіб вивчення більш достовірний, особливо при розробці препаратів, оскільки ліки, випробувані на мишах, можуть бути марними або навіть шкідливими для людини через відмінності між живими організмами. Водночас експерименти з використанням чіпів можуть дати валідний результат у відносно короткі терміни, і, отже, скоротити витрати на проведення дослідження. Система органів-на-чіпі, ймовірно, з часом зможе доповнити і поліпшити методи досліджень з використанням лабораторних тварин, і дасть вченим можливість отримувати персоніфіковані дані для кожного пацієнта. Це спростить подальшу роботу лікарів і підвищить швидкість установки діагнозу або призначення лікарських препаратів.
За статистичними даними, близько 80% випробувань на лабораторних тваринах закінчуються невдачею, тому вчені активно шукають нові способи досліджень. Незважаючи на те, що концепція органів-на-чіпі з'явилася трохи більше 10 років тому, поки цей спосіб лабораторного тестування не такий широко поширений. Для того, щоб якомога більше лабораторій дізналися про нову технологію, потрібен час і відповідні дозволи з боку регулюючих органів.
Ще однією інновацією в сфері експериментальних досліджень стала 3D-друк, яка набула широкого поширення в медицині: від виготовлення анатомічних моделей до створення органів та імплантатів. Крім іншого, цю технологію застосовують і для дослідження бактерій і вірусів: на спеціалізованому тривимірному принтері друкують копії органів людини в мініатюрному форматі з генетично перепрограмованих клітин людської шкіри і таким чином отримують основу для тестування хімічних сполук.
Погляд у майбутнє: тренди 3R
Лабораторні тварини досі є частиною наукових експериментів, але науковий прогрес і нові напрямки розвитку біології просуваються з боку скорочення використання лабораторних тварин. Які ще можливості чекають нас? Спробуємо зазирнути в майбутнє крізь призму сучасних трендів, спрямованих більшою мірою не на технологічну революцію, а швидше на етичні норми.