Un organismo modelo (a menudo abreviado como modelo ) es una especie no humana que se estudia ampliamente para comprender fenómenos biológicos particulares , con la expectativa de que los descubrimientos realizados en el organismo modelo proporcionen información sobre el funcionamiento de otros organismos. [1] [2] Los organismos modelo se utilizan ampliamente para investigar enfermedades humanas cuando la experimentación en humanos sería inviable o poco ética . [3] Esta estrategia es posible gracias a la descendencia común de todos los organismos vivos y a la conservación de las vías metabólicas y de desarrollo y del material genético a lo largo de la evolución . [4]
La investigación que utiliza modelos animales ha sido fundamental para la mayoría de los logros de la medicina moderna. [5] [6] [7] Ha contribuido con la mayor parte del conocimiento básico en campos como la fisiología humana y la bioquímica , y ha desempeñado papeles importantes en campos como la neurociencia y las enfermedades infecciosas . [8] [9] Los resultados han incluido la casi erradicación de la polio y el desarrollo del trasplante de órganos , y han beneficiado tanto a humanos como a animales. [5] [10] De 1910 a 1927, el trabajo de Thomas Hunt Morgan con la mosca de la fruta Drosophila melanogaster identificó los cromosomas como el vector de herencia de los genes, [11] [12] y Eric Kandel escribió que los descubrimientos de Morgan "ayudaron a transformar la biología". en una ciencia experimental". [13] La investigación en organismos modelo condujo a nuevos avances médicos, como la producción de la antitoxina diftérica [14] [15] y el descubrimiento en 1922 de la insulina [16] y su uso en el tratamiento de la diabetes, que anteriormente significaba la muerte. [17] Los anestésicos generales modernos, como el halotano, también se desarrollaron a través de estudios en organismos modelo y son necesarios para operaciones quirúrgicas modernas y complejas. [18] Otros avances médicos y tratamientos del siglo XX que se basaron en investigaciones realizadas en animales incluyen técnicas de trasplante de órganos , [19] [20] [21] [22] la máquina de circulación extracorpórea, [23] antibióticos , [24] [ 25] [26] y la vacuna contra la tos ferina . [27]
Al investigar enfermedades humanas , los organismos modelo permiten comprender mejor el proceso de la enfermedad sin el riesgo adicional de dañar a un ser humano real. La especie del organismo modelo generalmente se elige de manera que reaccione a la enfermedad o su tratamiento de una manera que se asemeje a la fisiología humana según sea necesario. La actividad biológica en un organismo modelo no asegura un efecto en humanos y se debe tener cuidado al generalizar de un organismo a otro. [28] [ página necesaria ] Sin embargo, muchos medicamentos, tratamientos y curas para enfermedades humanas se desarrollan en parte con la guía de modelos animales. [29] [30] También se han desarrollado tratamientos para enfermedades animales, incluida la rabia , [31] ántrax , [31] muermo , [31] virus de inmunodeficiencia felina (VIF), [32] tuberculosis , [31] fiebre del ganado de Texas. , [31] peste porcina clásica (cólera porcino), [31] gusano del corazón y otras infecciones parasitarias . [33] La experimentación con animales sigue siendo necesaria para la investigación biomédica, [34] y se utiliza con el objetivo de resolver problemas médicos como la enfermedad de Alzheimer, [35] el SIDA, [36] la esclerosis múltiple, [37] las lesiones de la médula espinal, muchas dolores de cabeza, [38] y otras condiciones en las que no hay ningún sistema modelo in vitro útil disponible.
Los organismos modelo se extraen de los tres dominios de la vida, así como de los virus . Uno de los primeros sistemas modelo para la biología molecular fue la bacteria Escherichia coli ( E. coli ), un componente común del sistema digestivo humano. El ratón ( Mus musculus ) se ha utilizado ampliamente como organismo modelo y está asociado con muchos descubrimientos biológicos importantes de los siglos XX y XXI. [39] Otros ejemplos incluyen la levadura de panadería ( Saccharomyces cerevisiae ), el virus del fago T4 , la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , la planta con flores Arabidopsis thaliana y los conejillos de indias ( Cavia porcellus ). Varios de los virus bacterianos ( bacteriófagos ) que infectan a E. coli también han resultado muy útiles para el estudio de la estructura genética y la regulación genética (por ejemplo, los fagos Lambda y T4 ). [40] Los modelos de enfermedades se dividen en tres categorías: los animales homólogos tienen las mismas causas, síntomas y opciones de tratamiento que los humanos que tienen la misma enfermedad, los animales isomórficos comparten los mismos síntomas y tratamientos, y los modelos predictivos son similares a una enfermedad humana particular. en sólo un par de aspectos, pero son útiles para aislar y hacer predicciones sobre los mecanismos de un conjunto de características de la enfermedad. [41]
El uso de animales en investigación se remonta a la antigua Grecia , siendo Aristóteles (384-322 a. C.) y Erasistrato (304-258 a. C.) entre los primeros en realizar experimentos con animales vivos. [42] Los descubrimientos en los siglos XVIII y XIX incluyeron el uso de Antoine Lavoisier de un conejillo de indias en un calorímetro para demostrar que la respiración era una forma de combustión, y la demostración de Louis Pasteur de la teoría de los gérmenes de la enfermedad en la década de 1880 utilizando ántrax. en ovejas. [43]
La investigación que utiliza modelos animales ha sido fundamental para la mayoría de los logros de la medicina moderna. [5] [6] [7] Ha contribuido con la mayor parte del conocimiento básico en campos como la fisiología humana y la bioquímica , y ha desempeñado papeles importantes en campos como la neurociencia y las enfermedades infecciosas . [8] [9] Por ejemplo, los resultados han incluido la casi erradicación de la polio y el desarrollo del trasplante de órganos , y han beneficiado tanto a humanos como a animales. [5] [10] De 1910 a 1927, el trabajo de Thomas Hunt Morgan con la mosca de la fruta Drosophila melanogaster identificó los cromosomas como el vector de herencia de los genes. [11] [12] Drosophila se convirtió en uno de los primeros organismos modelo, y durante algún tiempo el más utilizado, [44] y Eric Kandel escribió que los descubrimientos de Morgan "ayudaron a transformar la biología en una ciencia experimental". [13] D. melanogaster sigue siendo uno de los organismos modelo eucariotas más utilizados. Durante el mismo período, los estudios sobre genética de ratones en el laboratorio de William Ernest Castle en colaboración con Abbie Lathrop llevaron a la generación de la cepa de ratón endogámica DBA ("diluida, marrón y no agutí") y a la generación sistemática de otras cepas endogámicas. . [45] [46] Desde entonces, el ratón se ha utilizado ampliamente como organismo modelo y está asociado con muchos descubrimientos biológicos importantes de los siglos XX y XXI. [39]
A finales del siglo XIX, Emil von Behring aisló la toxina de la difteria y demostró sus efectos en cobayas. Continuó desarrollando una antitoxina contra la difteria en animales y luego en humanos, lo que dio lugar a los métodos modernos de inmunización y acabó en gran medida con la difteria como enfermedad amenazante. [14] La antitoxina diftérica se conmemora en la carrera Iditarod, que sigue el modelo de la entrega de antitoxina en la carrera de suero de 1925 a Nome . El éxito de los estudios con animales en la producción de la antitoxina diftérica también se ha atribuido como causa del declive de la oposición de principios del siglo XX a la investigación con animales en los Estados Unidos. [15]
Investigaciones posteriores en organismos modelo dieron lugar a mayores avances médicos, como la investigación de Frederick Banting en perros, que determinó que los aislados de secreción pancreática podrían usarse para tratar perros con diabetes . Esto llevó al descubrimiento de la insulina en 1922 (con John Macleod ) [16] y su uso en el tratamiento de la diabetes, que anteriormente significaba la muerte. [17] Las investigaciones de John Cade en cobayas descubrieron las propiedades anticonvulsivas de las sales de litio, [47] que revolucionaron el tratamiento del trastorno bipolar , sustituyendo los tratamientos anteriores de lobotomía o terapia electroconvulsiva. Los anestésicos generales modernos, como el halotano y compuestos relacionados, también se desarrollaron mediante estudios en organismos modelo y son necesarios para operaciones quirúrgicas modernas y complejas. [18] [48]
En la década de 1940, Jonas Salk utilizó estudios con monos rhesus para aislar las formas más virulentas del virus de la polio , [49] lo que llevó a la creación de una vacuna contra la polio . La vacuna, que se puso a disposición del público en 1955, redujo la incidencia de la polio 15 veces en los Estados Unidos durante los cinco años siguientes. [50] Albert Sabin mejoró la vacuna pasando el virus de la polio a través de huéspedes animales, incluidos los monos; la vacuna Sabin se produjo para consumo masivo en 1963 y prácticamente había erradicado la polio en los Estados Unidos en 1965. [51] Se ha estimado que el desarrollo y producción de las vacunas requirió el uso de 100.000 monos rhesus, con 65 dosis de vacuna producidas. de cada mono. Sabin escribió en 1992: "Sin el uso de animales y seres humanos, habría sido imposible adquirir el importante conocimiento necesario para evitar mucho sufrimiento y muerte prematura no sólo entre los humanos, sino también entre los animales". [52]
Otros avances y tratamientos médicos del siglo XX que se basaron en investigaciones realizadas en animales incluyen técnicas de trasplante de órganos , [19] [20] [21] [22] la máquina de circulación extracorpórea, [23] antibióticos , [24] [25] [ 26] y la vacuna contra la tos ferina . [27] También se han desarrollado tratamientos para enfermedades animales, incluida la rabia , [31] ántrax , [31] muermo , [31] virus de inmunodeficiencia felina (VIF), [32] tuberculosis , [31] fiebre del ganado de Texas, [31 ] peste porcina clásica (cólera porcino), [31] gusano del corazón y otras infecciones parasitarias . [33] La experimentación con animales sigue siendo necesaria para la investigación biomédica, [34] y se utiliza con el objetivo de resolver problemas médicos como la enfermedad de Alzheimer, [35] el SIDA, [36] [53] [54] la esclerosis múltiple, [37 ] lesiones de la médula espinal, muchos dolores de cabeza, [38] y otras condiciones en las que no existe ningún sistema modelo in vitro útil disponible.
Los modelos son aquellos organismos con una gran cantidad de datos biológicos que los hacen atractivos para estudiar como ejemplos de otras especies y/o fenómenos naturales que son más difíciles de estudiar directamente. La investigación continua sobre estos organismos se centra en una amplia variedad de técnicas y objetivos experimentales de muchos niveles diferentes de la biología, desde la ecología , el comportamiento y la biomecánica hasta la pequeña escala funcional de tejidos , orgánulos y proteínas individuales . Las investigaciones sobre el ADN de los organismos se clasifican como modelos genéticos (con tiempos de generación cortos, como la mosca de la fruta y el gusano nematodo ), modelos experimentales y modelos de parsimonia genómica , que investigan la posición fundamental en el árbol evolutivo. [55] Históricamente, los organismos modelo incluyen un puñado de especies con amplios datos de investigación genómica, como los organismos modelo del NIH. [56]
A menudo, los organismos modelo se eligen sobre la base de que son susceptibles de manipulación experimental. Esto generalmente incluirá características tales como un ciclo de vida corto , técnicas de manipulación genética ( cepas endogámicas , líneas de células madre y métodos de transformación ) y requisitos de vida no especializados. En ocasiones, la disposición del genoma facilita la secuenciación del genoma del organismo modelo, por ejemplo, al ser muy compacto o tener una baja proporción de ADN basura (p. ej. levadura , arabidopsis o pez globo ). [ cita necesaria ]
Cuando los investigadores buscan un organismo para utilizarlo en sus estudios, buscan varios rasgos. Entre ellos se encuentran el tamaño, el tiempo de generación , la accesibilidad, la manipulación, la genética, la conservación de los mecanismos y el beneficio económico potencial. A medida que la biología molecular comparada se ha vuelto más común, algunos investigadores han buscado organismos modelo de una variedad más amplia de linajes en el árbol de la vida .
La razón principal para el uso de organismos modelo en la investigación es 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 el registro geoquímico y fósil. [57] 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. Los roedores son los modelos animales más comunes. Los árboles filogenéticos estiman que los humanos y los roedores compartieron un ancestro común por última vez hace aproximadamente 80-100 millones de años. [58] [59] 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, lo que hace que el uso de animales vertebrados sea particularmente productivo. [ cita necesaria ]
Los datos genómicos se utilizan para hacer comparaciones estrechas entre especies y determinar el parentesco. Los humanos comparten aproximadamente el 99% de su genoma con los chimpancés [60] [61] (98,7% con los bonobos) [62] y más del 90% con el ratón. [59] 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 ]
Hay muchos organismos modelo. Uno de los primeros sistemas modelo para la biología molecular fue la bacteria Escherichia coli , un componente común del sistema digestivo humano. Varios de los virus bacterianos ( bacteriófagos ) que infectan a E. coli también han resultado muy útiles para el estudio de la estructura genética y la regulación genética (por ejemplo, los fagos Lambda y T4 ). Sin embargo, se debate si los bacteriófagos deberían clasificarse como organismos, porque carecen de metabolismo y dependen de las funciones de las células huésped para su propagación. [63]
En los eucariotas , varias levaduras, en particular Saccharomyces cerevisiae (levadura "de panadero" o "en ciernes"), se han utilizado ampliamente en genética y biología celular , en gran parte porque son rápidas y fáciles de cultivar. El ciclo celular de una levadura simple es muy similar al ciclo celular de los humanos y está regulado por proteínas homólogas . La mosca de la fruta Drosophila melanogaster se estudia, nuevamente, porque es fácil de cultivar para un animal, tiene varios rasgos congénitos visibles y tiene un cromosoma politeno (gigante) en sus glándulas salivales que puede examinarse con un microscopio óptico. El nematodo Caenorhabditis elegans se estudia porque tiene patrones de desarrollo muy definidos que involucran un número fijo de células y puede analizarse rápidamente para detectar anomalías. [64]
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 ser humano.
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. [65]
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 y adaptabilidad a manipulación experimental, 8) consecuencias ecológicas, y 9) implicaciones éticas. [66]
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. [67]
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. [67]
El aumento del conocimiento sobre 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 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 depresión en los pacientes. La depresión, como otros trastornos mentales , consta de endofenotipos [82] 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. [83] [84]
Los organismos modelo se extraen de los tres dominios de la vida, así como de los virus . El organismo modelo procariótico más estudiado es Escherichia coli ( E. coli ), que se ha investigado intensamente durante más de 60 años. Es una bacteria intestinal gramnegativa común que se puede cultivar y cultivar de forma fácil y económica en un laboratorio. Es el organismo más utilizado en genética molecular y es una especie importante en los campos de la biotecnología y la microbiología , donde ha servido como organismo huésped para la mayoría de los trabajos con ADN recombinante . [85]
Los eucariotas modelo simples incluyen la levadura de panadería ( Saccharomyces cerevisiae ) y la levadura de fisión ( Schizosaccharomyces pombe ), las cuales comparten muchos caracteres con las células superiores, incluidas las de los humanos. Por ejemplo, se han descubierto en levaduras muchos genes de división celular que son críticos para el desarrollo del cáncer . Para estudiar la fotosíntesis y la motilidad se utiliza Chlamydomonas reinhardtii , un alga verde unicelular con una genética bien estudiada . C. reinhardtii tiene muchos mutantes conocidos y mapeados y etiquetas de secuencia expresadas, y existen métodos avanzados para la transformación genética y la selección de genes. [86] Dictyostelium discoideum se utiliza en biología molecular y genética , y se estudia como un ejemplo de comunicación celular , diferenciación y muerte celular programada .
Entre los invertebrados, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster es famosa por ser objeto de experimentos genéticos realizados por Thomas Hunt Morgan y otros. Se crían fácilmente en el laboratorio, con generaciones rápidas, alta fecundidad , pocos cromosomas y mutaciones observables fácilmente inducidas. [87] El nematodo Caenorhabditis elegans se utiliza para comprender el control genético del desarrollo y la fisiología. Sydney Brenner lo propuso por primera vez como modelo para el desarrollo neuronal en 1963 y desde entonces se ha utilizado ampliamente en muchos contextos diferentes. [88] [89] C. elegans fue el primer organismo multicelular cuyo genoma fue secuenciado completamente y, a partir de 2012, el único organismo que tuvo su conectoma ("diagrama de cableado" neuronal) completo. [90] [91]
Arabidopsis thaliana es actualmente la planta modelo más popular. Su pequeña estatura y su corto tiempo generacional facilitan estudios genéticos rápidos, [92] y se han mapeado muchos mutantes fenotípicos y bioquímicos. [92] A. thaliana fue la primera planta en la que se secuenció su genoma . [92]
Entre los vertebrados , los conejillos de indias ( Cavia porcellus ) fueron utilizados por Robert Koch y otros primeros bacteriólogos como huésped de infecciones bacterianas, convirtiéndose en sinónimo de "animal de laboratorio", pero se utilizan con menos frecuencia en la actualidad. El vertebrado modelo clásico es actualmente el ratón ( Mus musculus ). Existen muchas cepas endogámicas, así como líneas seleccionadas por rasgos particulares, a menudo de interés médico, por ejemplo, tamaño corporal, obesidad, musculatura y comportamiento voluntario de correr ruedas . [93] La rata ( Rattus norvegicus ) es particularmente útil como modelo toxicológico y como modelo neurológico y fuente de cultivos celulares primarios, debido al mayor tamaño de los órganos y estructuras suborganelares en relación con el ratón, mientras que los huevos y embriones de Xenopus tropicalis y Xenopus laevis (rana africana con garras) se utilizan en biología del desarrollo, biología celular, toxicología y neurociencia. [94] [95] Asimismo, el pez cebra ( Danio rerio ) tiene un cuerpo casi transparente durante el desarrollo temprano, lo que proporciona un acceso visual único a la anatomía interna del animal durante este período de tiempo. El pez cebra se utiliza para estudiar el desarrollo, la toxicología y la toxicopatología, [96] la función genética específica y las funciones de las vías de señalización.
Otros organismos modelo importantes y algunos de sus usos incluyen: fago T4 (infección viral), Tetrahymena thermophila (procesos intracelulares), maíz ( transposones ), hidras ( regeneración y morfogénesis ), [97] gatos (neurofisiología), pollos (desarrollo), perros (sistemas respiratorio y cardiovascular), Nothobranchius furzeri (envejecimiento), [98] primates no humanos como el macaco rhesus y el chimpancé ( hepatitis , VIH , enfermedad de Parkinson , cognición y vacunas ) y hurones ( SARS-CoV-2 ) [99]
Los organismos siguientes se han convertido en organismos modelo porque facilitan el estudio de ciertos caracteres o por su accesibilidad genética. Por ejemplo, E. coli fue uno de los primeros organismos para los que se desarrollaron técnicas genéticas como la transformación o la manipulación genética .
Se han secuenciado los genomas de todas las especies modelo , incluidos sus genomas mitocondriales / cloroplastos . Las bases de datos de organismos modelo existen para proporcionar a los investigadores un portal desde el cual descargar secuencias (ADN, ARN o proteínas) o acceder a información funcional sobre genes específicos, por ejemplo, la localización subcelular del producto genético o su función fisiológica.
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 . [118] De manera similar, existen diferencias entre los sistemas inmunológicos de organismos modelo y humanos que conducen a respuestas significativamente alteradas a los estímulos, [119] [120] [121] aunque los principios subyacentes de la función del genoma pueden ser los mismos. [121] Los ambientes empobrecidos dentro de las jaulas de laboratorio estándar niegan a los animales de investigación los desafíos físicos y mentales que son necesarios para un desarrollo emocional saludable. [122] Sin variedad diaria, riesgos y recompensas, y entornos complejos, algunos han argumentado que los modelos animales son modelos irrelevantes de la experiencia humana. [123]
Los ratones se diferencian de los humanos en varias propiedades inmunes: los ratones son más resistentes a algunas toxinas que los humanos; tienen una menor fracción total de neutrófilos en la sangre , una menor capacidad enzimática de los neutrófilos , una menor actividad del sistema del complemento y un conjunto diferente de pentraxinas implicadas en el proceso inflamatorio ; y carecen de genes para componentes importantes del sistema inmunológico, como IL-8 , IL-37 , TLR10 , ICAM-3 , etc. [75] Los ratones de laboratorio criados en condiciones libres de patógenos específicos (SPF) generalmente tienen una raza bastante inmadura. Sistema inmunológico con déficit de células T de memoria . Estos ratones pueden tener una diversidad limitada de la microbiota , lo que afecta directamente al sistema inmunológico y al desarrollo de condiciones patológicas. Además, las infecciones virales persistentes (por ejemplo, los herpesvirus ) se activan en humanos, pero no en ratones SPF , con complicaciones sépticas y pueden cambiar la resistencia a las coinfecciones bacterianas . Los ratones "sucios" posiblemente sean más adecuados para imitar patologías humanas. Además, en la inmensa mayoría de los estudios se utilizan cepas de ratones endogámicos, mientras que la población humana es heterogénea, lo que señala la importancia de los estudios en ratones híbridos, consanguíneos y no lineales entre cepas. [75]
Algunos estudios sugieren que los datos publicados inadecuados sobre pruebas con animales pueden dar lugar a investigaciones irreproducibles, con detalles faltantes sobre cómo se realizan los experimentos omitidos en los artículos publicados o diferencias en las pruebas que pueden introducir sesgos. Ejemplos de sesgos ocultos incluyen un estudio de 2014 de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, que sugiere que los ratones manipulados por hombres en lugar de mujeres mostraron niveles de estrés más altos. [124] [125] [126] Otro estudio realizado en 2016 sugirió que los microbiomas intestinales en ratones pueden tener un impacto en la investigación científica. [127]
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 o los estudios in vitro proporcionan una alternativa que preserva la fisiología de la célula viva, pero no requiere el sacrificio de un animal para estudios mecanicistas. Las células madre pluripotentes inducibles humanas también pueden [ cita necesaria ] dilucidar nuevos mecanismos para comprender el cáncer y la regeneración celular. Los estudios de imágenes (como la resonancia magnética o la tomografía por emisión de positrones) permiten el estudio no invasivo de sujetos humanos. Los avances recientes en genética y genómica pueden identificar genes asociados a enfermedades, que pueden ser objeto de terapias.
Muchos investigadores biomédicos sostienen que no existe sustituto para un organismo vivo cuando estudian interacciones complejas en la patología o el tratamiento de enfermedades. [128] [129]
El debate sobre el uso ético de los animales en la investigación se remonta al menos a 1822, cuando el Parlamento británico, bajo presión de intelectuales británicos e indios, promulgó la primera ley de protección animal que previene la crueldad hacia el ganado. [130] 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 presión de la Sociedad Nacional Antivivisección , se enmendó la Ley de Crueldad contra los Animales para incluir regulaciones que regulan 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. Hoy en día, estos tres principios son fundamentales para las leyes y directrices que rigen el uso de animales y la investigación. En los EE. UU., la Ley de Bienestar Animal de 1970 (ver también Ley de Bienestar de los Animales de Laboratorio ) estableció estándares para el uso y cuidado de los animales en la investigación. Esta ley es aplicada por el programa de Cuidado de Animales del APHIS. [131]
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. [132]
"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) siempre que sea posible. [133]
"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.
"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.
Desde antibióticos e insulina hasta transfusiones de sangre y tratamientos para el cáncer o el VIH, prácticamente todos los logros médicos del siglo pasado han dependido directa o indirectamente de la investigación con animales, incluida la medicina veterinaria.
Los... métodos de investigación científica han reducido en gran medida la incidencia de enfermedades humanas y han aumentado sustancialmente la esperanza de vida. Esos resultados se han obtenido en gran medida a través de métodos experimentales basados en parte en el uso de animales.
La investigación biomédica depende del uso de modelos animales para comprender la patogénesis de las enfermedades humanas a nivel celular y molecular y proporcionar sistemas para desarrollar y probar nuevas terapias.
Los estudios con animales han sido un componente esencial de todos los campos de la investigación médica y han sido cruciales para la adquisición de conocimientos básicos en biología.
La investigación basada en animales ha desempeñado un papel clave en la comprensión de las enfermedades infecciosas, la neurociencia, la fisiología y la toxicología. Los resultados experimentales de estudios con animales han servido de base para muchos avances biomédicos clave.
La mayor parte de nuestro conocimiento básico de bioquímica, fisiología, endocrinología y farmacología humanas se ha derivado de estudios iniciales de mecanismos en modelos animales.
...sin este conocimiento fundamental, la mayoría de los avances clínicos descritos en estas páginas no habrían ocurrido.
...los modelos animales son fundamentales para el estudio y descubrimiento eficaces de tratamientos para enfermedades humanas.
La investigación biomédica depende del uso de modelos animales para comprender la patogénesis de las enfermedades humanas a nivel celular y molecular y proporcionar sistemas para desarrollar y probar nuevas terapias.
Los argumentos sobre si la ciencia biomédica puede avanzar sin el uso de animales son frecuentemente discutidos y tienen tanto sentido como cuestionar si son necesarios ensayos clínicos antes de que se permita el uso generalizado de nuevas terapias médicas en la población general [pág. 1] ...es probable que los modelos animales sigan siendo necesarios hasta que la ciencia desarrolle modelos y sistemas alternativos que sean igualmente sólidos y robustos [pág. 2].
Se necesitan modelos animales para conectar [tecnologías biológicas modernas] a fin de comprender organismos completos, tanto en estado sano como enfermo. A su vez, estos estudios en animales son necesarios para comprender y tratar las enfermedades humanas [pág. 2] ...En muchos casos, sin embargo, no habrá sustituto para los estudios con animales completos debido a la participación de múltiples sistemas de tejidos y órganos en condiciones fisiológicas tanto normales como aberrantes [pág. 15].
En la actualidad, el uso de animales sigue siendo la única manera de avanzar en algunas áreas de investigación.