Un modelo animal (abreviatura de modelo de enfermedad animal ) es un animal vivo, no humano, a menudo modificado genéticamente, utilizado durante la investigación de enfermedades humanas , con el fin de comprender mejor el proceso de la enfermedad sin el riesgo de dañar a un ser humano. Aunque la actividad biológica en un modelo animal no garantiza un efecto en humanos, muchos fármacos, tratamientos y curas para enfermedades humanas se desarrollan en parte con la guía de modelos animales. [1] [2] Los modelos animales que representan grupos taxonómicos específicos en la investigación y el estudio de procesos de desarrollo también se denominan organismos modelo . [2] Hay tres tipos principales de modelos animales: homólogos, isomórficos y predictivos. Los animales homólogos tienen las mismas causas, síntomas y opciones de tratamiento que los humanos que padecen la misma enfermedad. Los animales isomórficos comparten los mismos síntomas y tratamientos, únicamente. Los modelos predictivos son similares a una enfermedad humana concreta sólo en un par de aspectos. Sin embargo, son útiles para aislar y hacer predicciones sobre los mecanismos de un conjunto de características de la enfermedad. [3]
Aunque el estudio científico de los animales es anterior a Charles Darwin en varios cientos de años, la justificación principal para el uso de animales en la investigación se basa en el principio evolutivo de que todos los organismos comparten cierto grado de parentesco y similitud genética debido a una ascendencia común. Por lo tanto, el estudio de parientes humanos taxonómicos puede proporcionar una gran cantidad de información sobre los mecanismos y las enfermedades dentro del cuerpo humano que puede ser útil en medicina. [ cita necesaria ]
Se han construido varios árboles filogenéticos para vertebrados utilizando proteómica comparativa, genética, genómica, así como registros geoquímicos y fósiles. [4] Estas estimaciones nos dicen que los humanos y los chimpancés compartieron por última vez un ancestro común hace unos 6 millones de años (mya). Como nuestros parientes más cercanos, los chimpancés tienen un gran potencial para informarnos sobre los mecanismos de las enfermedades (y qué genes pueden ser responsables de la inteligencia humana). Sin embargo, los chimpancés rara vez se utilizan en investigaciones y están protegidos de procedimientos altamente invasivos. El modelo animal más común es el roedor. Los árboles filogénicos estiman que los humanos y los roedores compartieron un ancestro común por última vez hace aproximadamente 80-100 millones de años. [5] [6] A pesar de esta división distante, los humanos y los roedores tienen muchas más similitudes que diferencias. Esto se debe a la relativa estabilidad de grandes porciones del genoma; haciendo que el uso de animales vertebrados sea particularmente productivo. [ cita necesaria ]
Recientemente, se han agregado datos genómicos a las técnicas para hacer comparaciones estrechas entre especies y determinar el parentesco. Los humanos compartimos alrededor del 99% de nuestro genoma con los chimpancés [7] [8] (98,7% con los bonobos) [9] y más del 90% con el ratón. [6] Con gran parte del genoma conservado entre especies, es relativamente impresionante que las diferencias entre humanos y ratones puedan explicarse en aproximadamente seis mil genes (de ~30.000 en total). Los científicos han podido aprovechar estas similitudes para generar modelos experimentales y predictivos de enfermedades humanas. [ cita necesaria ]
Los modelos animales que sirven en la investigación pueden tener una enfermedad o lesión existente, endogámica o inducida que sea similar a la condición humana. Estas condiciones de prueba a menudo se denominan modelos animales de enfermedad . El uso de modelos animales permite a los investigadores investigar estados patológicos de maneras que serían inaccesibles en un paciente humano, realizando procedimientos en el animal no humano que implican un nivel de daño que no se consideraría ético infligir a un humano.
Como se señaló en la introducción, los modelos animales se pueden clasificar en homólogos, isomórficos o predictivos. Los modelos animales también se pueden clasificar de manera más amplia en cuatro categorías: 1) experimentales, 2) espontáneos, 3) negativos y 4) huérfanos. [10]
Los modelos experimentales son los más comunes. Se refieren a modelos de enfermedad que se asemejan a las condiciones humanas en fenotipo o respuesta al tratamiento pero que se inducen artificialmente en el laboratorio. Algunos ejemplos incluyen:
Los modelos espontáneos se refieren a enfermedades análogas a las condiciones humanas que ocurren naturalmente en el animal que se estudia. Estos modelos son raros, pero informativos.
Los modelos negativos se refieren esencialmente a animales de control, que son útiles para validar un resultado experimental.
Los modelos huérfanos se refieren a enfermedades para las que no existe un análogo humano y ocurren exclusivamente en las especies estudiadas.
El aumento del conocimiento de los genomas de primates no humanos y otros mamíferos genéticamente cercanos a los humanos está permitiendo la producción de tejidos animales, órganos e incluso especies animales genéticamente modificados que expresan enfermedades humanas, proporcionando un modelo más sólido de enfermedades humanas en un modelo animal.
Los mejores modelos de enfermedad son similares en etiología (mecanismo de causa) y fenotipo (signos y síntomas) al equivalente humano. Sin embargo, las enfermedades humanas complejas a menudo pueden entenderse mejor con un sistema simplificado en el que se aíslan y examinan partes individuales del proceso de la enfermedad. Por ejemplo, se pueden utilizar análogos conductuales de la ansiedad o el dolor en animales de laboratorio para detectar y probar nuevos fármacos para el tratamiento de estas afecciones en humanos. Un estudio de 2000 encontró que los modelos animales concordaban (coincidían en verdaderos positivos y falsos negativos) con la toxicidad humana en el 71% de los casos, con un 63% solo para no roedores y un 43% solo para roedores. [24]
En 1987, Davidson et al. sugirió que la selección de un modelo animal para la investigación se base en nueve consideraciones. Estos incluyen "1) idoneidad como análogo, 2) transferibilidad de la información, 3) uniformidad genética de los organismos, cuando corresponda, 4) conocimiento previo de las propiedades biológicas, 5) costo y disponibilidad, 6) generalización de los resultados, 7) facilidad. de y adaptabilidad a la manipulación experimental, 8) consecuencias ecológicas y 9) implicaciones éticas". [25]
Los modelos animales observados en las ciencias de la psicología y la sociología suelen denominarse modelos animales de comportamiento . Es difícil construir un modelo animal que reproduzca perfectamente los síntomas de la depresión en los pacientes. Los animales carecen de autoconciencia , autorreflexión y consideración; [ cita necesaria ] además, las características distintivas del trastorno, como el estado de ánimo deprimido, la baja autoestima o las tendencias suicidas , son difícilmente accesibles en los no humanos. [ cita necesaria ] Sin embargo, la depresión, como otros trastornos mentales , consta de endofenotipos [26] que pueden reproducirse de forma independiente y evaluarse en animales. Un modelo animal ideal ofrece la oportunidad de comprender los factores moleculares , genéticos y epigenéticos que pueden provocar depresión. Mediante el uso de modelos animales se pueden examinar las alteraciones moleculares subyacentes y la relación causal entre las alteraciones genéticas o ambientales y la depresión, lo que permitiría comprender mejor la patología de la depresión. Además, los modelos animales de depresión son indispensables para identificar nuevas terapias para la depresión. [ cita necesaria ]
Muchos modelos animales que sirven como sujetos de prueba en investigaciones biomédicas, como ratas y ratones, pueden ser selectivamente sedentarios , obesos e intolerantes a la glucosa . Esto puede confundir su uso para modelar procesos metabólicos y enfermedades humanos, ya que estos pueden verse afectados por la ingesta de energía dietética y el ejercicio . [27]
Los modelos animales de enfermedades psiquiátricas dan lugar a otras preocupaciones. Las evaluaciones cualitativas del comportamiento suelen ser subjetivas. Esto llevaría al investigador a observar lo que quiere observar en los sujetos y a sacar conclusiones acordes con sus expectativas. Además, los criterios diagnósticos imprecisos para las enfermedades psiquiátricas conducen inevitablemente a problemas para modelar la enfermedad; por ejemplo, dado que una persona con trastorno depresivo mayor puede experimentar pérdida o aumento de peso, insomnio o hipersomnio , no podemos decir con certeza que una rata con insomnio y pérdida de peso esté deprimida. Además, la naturaleza compleja de las condiciones psiquiátricas hace que sea difícil o imposible traducir los comportamientos y déficits humanos; Por ejemplo, el déficit del lenguaje juega un papel importante en los trastornos del espectro autista , pero, dado que los roedores no tienen lenguaje, no es posible desarrollar un ratón "autista" con discapacidad del lenguaje. [ cita necesaria ]
El debate sobre el uso ético de los animales en la investigación se remonta al menos a 1822, cuando el Parlamento británico promulgó la primera ley de protección animal que previene la crueldad hacia el ganado (ver texto). A esto le siguió la Ley de Crueldad contra los Animales de 1835 y 1849, que criminalizaba el maltrato, el exceso de conducción y la tortura de animales. En 1876, bajo la presión de la Sociedad Nacional Antivivisección, se enmendó la Ley de Crueldad contra los Animales para incluir regulaciones que regulaban el uso de animales en investigaciones. Esta nueva ley estipulaba que 1) se debe demostrar que los experimentos son absolutamente necesarios para la instrucción o para salvar o prolongar la vida humana; 2) los animales deben estar debidamente anestesiados; y 3) los animales deben ser sacrificados tan pronto como finalice el experimento (ver texto). Hoy en día, estos tres principios son fundamentales para las leyes y directrices que rigen el uso de animales y la investigación. En Estados Unidos, la Ley de Bienestar Animal de 1970 (véase también la Ley de Bienestar de los Animales de Laboratorio) estableció normas para el uso y cuidado de los animales en investigaciones. Esta ley es aplicada por el programa de cuidado de animales de APHIS, consulte las políticas de AWA.
En entornos académicos en los que se utilizan fondos de los NIH para la investigación con animales, las instituciones están regidas por la Oficina de Bienestar de los Animales de Laboratorio (OLAW) de los NIH. En cada sitio, las pautas y estándares de OLAW son respaldados por una junta de revisión local llamada Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC). Todos los experimentos de laboratorio con animales vivos son revisados y aprobados por este comité. Además de demostrar el potencial de beneficio para la salud humana, la minimización del dolor y la angustia y la eutanasia oportuna y humana, los experimentadores deben justificar sus protocolos basándose en los principios de Reemplazo, Reducción y Refinamiento. [28]
El reemplazo se refiere a los esfuerzos para buscar alternativas al uso de animales. Esto incluye el uso de modelos informáticos, tejidos y células no vivos y la sustitución de animales de "orden superior" (primates y mamíferos) por animales de orden "inferior" (por ejemplo, animales de sangre fría, invertebrados, bacterias) siempre que sea posible (enumerar de organismos modelo comunes aprobados para su uso por el NIH).
La reducción se refiere a los esfuerzos para minimizar el número de animales utilizados durante el curso de un experimento, así como a la prevención de replicaciones innecesarias de experimentos anteriores. Para satisfacer este requisito, se emplean cálculos matemáticos de poder estadístico para determinar el número mínimo de animales que se pueden utilizar para obtener un resultado experimental estadísticamente significativo. La reducción implica métodos para maximizar la información proporcionada y al mismo tiempo minimizar el número de animales aplicados. [29]
El refinamiento se refiere a los esfuerzos para hacer que el diseño experimental sea lo más indoloro y eficiente posible para minimizar el sufrimiento de cada sujeto animal. [ cita necesaria ]
Si bien se han logrado avances significativos en el cuidado y tratamiento de los animales, este es un debate en constante evolución. Los grupos de protección y derechos de los animales como ASPCA, PETA y BUAV continúan abogando por las mejores condiciones de laboratorio y protocolos experimentales posibles para los animales en investigación. La presión de estos grupos también ha llevado a nuevos modos de experimentación, que no implican el sacrificio de animales vivos. [ cita necesaria ]
Un aspecto de este debate; Sin embargo, sigue siendo difícil de resolver: la clasificación de los animales según una jerarquía, que protege a unas especies más que a otras. Después de los humanos, los primates son las especies más protegidas en experimentación. La razón de esto tiene fundamentos tanto evolutivos como filosóficos. Debido a que los chimpancés y otros primates no humanos pueden demostrar inteligencia y estructura social, tienen experiencias de vida que son cognitivamente más complejas que las especies inferiores. Por el contrario, este tipo de moralización de la complejidad de la interacción y el pensamiento podría considerarse "especismo". En última instancia, este es un argumento que probablemente no se resolverá; sin embargo, la mayoría de las personas se sienten más cómodas con la idea de experimentar con gusanos o moscas que con ratones, perros o monos. [ cita necesaria ]
Las preocupaciones éticas, así como el costo, el mantenimiento y la relativa ineficiencia de la investigación con animales han fomentado el desarrollo de métodos alternativos para el estudio de enfermedades. El cultivo celular y los estudios in vitro brindan una alternativa que preserva la fisiología de la célula viva, pero no requiere el sacrificio de un animal para estudios mecanicistas. [30] [31] Las células madre pluripotentes inducidas por humanos también pueden dilucidar nuevos mecanismos para comprender el cáncer y la regeneración celular. [32] Los estudios de imágenes (como la resonancia magnética o la tomografía por emisión de positrones ) permiten el estudio no invasivo de sujetos humanos. [33] Los avances recientes en genética y genómica pueden identificar genes asociados a enfermedades , que pueden ser objeto de terapias. [31]
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