Големият въпрос за експерименталните животни в биомедицинските науки

Използването на животни за научни цели е дългогодишна практика в биомедицинските науки, но и чест повод за дебат в обществото. Приликите между животните (най-вече бозайниците) и човека позволяват изследването на множество механизми и тестването на нови терапии, преди да бъдат приложени при хора. Въпреки това далеч не всички резултати, получени при моделните животни, могат да бъдат използвани директно. Това е и главната причина, изтъквана от противниците на изследванията върху животни. Част от дебата е и дали изобщо имаме право да използваме животните с риск да им навредим, като се има предвид, че най-често единствената цел е извличане на ползи за човека.

История на експерименталните животни в науката

Преди повече от 2400 години е установено, че изследването на животни ни помага да разберем повече за себе си. Има доказателства, че в Древна Гърция Аристотел е използвал животни като част от своите научни изследвания с основна цел да подобри разбиранията си за живите същества.

Първоначалната стъпка, преди да се започне със същинския експеримент, е изборът на вида експериментално животно. Необходима е и селекция по определени характеристики, като животните се подбират и размножават, за да се постигне даден цвят на козината, дължина на крайниците и др. Разработването на моделни експериментални животни започва чак през XVIII и XIX век, когато учени като Ян Батист ван Хелмонт, Франческо Реди, Джон Нийдам, Ладзаро Спаланцани, Антоан Лавоазие и Луи Пастьор започват провеждането на експерименти, за да изучат произхода на живота.

Благодарение на експерименталните животни е постигнат огромен напредък в много сфери на биологията. От класическото изследване на Клод Бернар за ролята на панкреаса в храносмилането и разработването на перорална жива полиомиелитна ваксина от Алберт Сабин, до разгадаването на патогенността на зика вируса в днешно време, животните имат огромен принос за подобряването на качеството на живота. Разработването на нови лекарства и ваксини, на нови техники в хирургията и нови протоколи за анестезия биха били невъзможни без експерименталните животни.

Въпреки че в някои случаи клиничното значение на екстраполирането на данните, получени от опити с животни, е под въпрос, напредъкът, постигнат с помощта на експерименталните животни, е безспорен. Доказателство е, че зад почти всички Нобелови награди по физиология и медицина стоят проучвания, проведени именно с животни, които днес са част от всички биомедицински науки, включително имунология, инфектология, онкология и др.

Биомедицината и експерименталните животни в съвремието

За да бъдат използвани като експериментални, избраните видове животни трябва да отговарят на определени критерии спрямо крайната цел на изследването. В биомедицинските изследвания се използват най-често насекоми (Drosophila), нематоди (Caenorhabditis elegans), риби (Danio rerio), жаби (Xenopus) и бозайници, например мишки, плъхове, кучета, котки, прасета и маймуни, поради тяхната филогенетична близост с хората. Понякога животното трябва да бъде модифицирано, за да отговаря на специфични характеристики.

Модифицирането става с техниките на генното инженерство, които се прилагат, за да се разработят т.нар. нокаут, или трансгенни животни, които са с изтрити или вкарани допълнително гени. Някои от тези експериментални животни постигат статус на „хуманизация“ след присаждането на човешки клетки, изпълняващи своите първични функции в реципиентното животно. Това позволява на изследователите да изучават отговорите към патогените като в човешка среда.

Изучаването на различните видове рак и разработването на терапии е друга област, в която експерименталните животни са от ключово значение. Според Световната здравна организация най-често срещаните видове рак при хората са на млечните жлези, белия дроб, дебелото черво, простатата, кожата и стомаха. Тези видове рак причиняват 10 млн. смъртни случая годишно. В над 95% от проучванията се използват плъхове и мишки за подкожно инжектиране на клетки от ракови клетъчни линии. Изследват се първичната ракова лезия и се проследява нейният растеж преди отстраняването на тумора.

Предизвикателства при използването на експериментални животни

Винаги е съществувал дебат сред изследователите относно значението на експерименталните животни, тъй като, макар много експерименти да дават обещаващи резултати, други не могат да доведат до такива. Това налага смяната на един вид експериментално животно с друг, по-близък до човека, например приматите. Те имат генетични, биохимични и психологически особености, подобни на човешките. Нечовекоподобните примати продължават да бъдат необходими при разработването на ваксини и терапии за СПИН, паркинсон, хепатит и много други. Откриването на ваксини с помощта на експериментални животни е от полза и за другите животински видове, като предотвратява много зоонозни заболявания – бяс, тетанус, парво вирус и др.

Етичният аспект при работа с експериментални животни се разглежда за пръв път през 1959 г., когато се предлагат принципите на трите R (Replacement, Reduction and Refinement – заместване, намаляване и облекчаване). Съгласно тези принципи, броят експериментални животни, необходим за едно изследване, се свежда до минимум. Стресът и болката, които животните изпитват, трябва да бъдат ако не елиминирани, то максимално ограничени. Когато е възможно, експерименталните животни трябва да бъдат заменени с алтернативни варианти.

Най-големите помощници на науката

Напредъкът в хуманната и ветеринарната медицина би бил невъзможен без участието на експерименталните животни, които позволяват да опознаем повече етиологията, патологията, физиологията и токсикологията на различни състояния, засягащи както хората, така и животните. По-големите по размер експериментални животни са неизменна част от разработването на ортопедични импланти и присаждане на тъкани. Каквито и да са конкретните задачи и цели, при включването на животни в биомедицински изследвания всичко трябва да стъпва на споменатите по-горе принципи.

Изборът на експериментални животни за определено научно изследване трябва да се одобри от етична комисия, която работи във всички страни, където е позволено да се извършват научни изследвания върху животни. Комисията се състои от учени и от хора, които не се занимават с наука. Всички заедно разглеждат предложеното научно изследване, неговия принос за човешкото здраве и необходимостта от използването на експериментални животни, както и възможните алтернативи за тяхната замяна. 

Дадено изследване може да бъде одобрено само след като екипът от учени отговори на изискванията на комисията, сред които например е избор на възможно най-малък брой животни. Комисията има право да въведе промени в научните протоколи и в краен случай да отхвърли предложеното проучване. Поради тези причини нараства интересът към изкуствени in vitro клинични изпитвания, които имат за цел изцяло да заменят експерименталните животни. В повечето случаи обаче тези системи не са достатъчно ефективни и нуждата от експериментални животни остава поради комплексния характер на цялото тяло и системите от органи. В такива експерименти например се изследват структурата на тъканите, животинският метаболизъм, различни патологични състояния и др. В много ситуации животинският модел е задължителен и не може да бъде заменен. Така е например при токсикологични изследвания за максимално поносима доза преди прилагането на разработеното лекарство на хора в клинични изпитвания.

Алтернативни техники, като изследване на клетки в петриева паничка, използване на органи върху чип или на модели на изкуствен интелект за проучване на взаимодействията между клетките се прилагат все повече в науката и имат определени предимства. Въпреки това тези технологии все още не могат да заменят напълно животните, защото засега чрез тях не могат да се изследват биологичните процеси в по-усложнени системи, като тъкани, органи и цял организъм.