В течение тысяч лет люди изучали тела животных, чтобы лучше понять наши собственные. Но использование других животных в качестве подопытных далеко от совершенства. Во-первых, существуют этические проблемы, и они никогда не являются идеальным аналогом сложностей человеческого тела. Фактически, когда дело доходит до изучения лекарств, тестирование на животных может привести к дорогостоящим, отнимающим много времени сбоям.

В настоящее время технологические прорывы предлагают исследователям новые методы моделирования того, как человеческий организм может реагировать на передовые методы лечения. И в декабре прошлого года новый закон США ясно дал понять, что эти новые технологии являются возможностью тестирования лекарств, прежде чем переходить к испытаниям на людях. Означает ли это, что это конец испытаний на животных?

С чего начались испытания на животных?

Фото / UNIVERSALIMAGESGROUP / UNIVERSAL IMAGES GROUP

Самые ранние письменные упоминания о людях, изучающих животных, относятся к 4 веку до нашей эры, когда Аристотель исследовал куриные яйца, чтобы узнать, как развиваются эмбрионы (он и его коллеги – врачи-философы – даже препарировали живых животных). В то время как социальные и религиозные нравы запрещали вскрывать человеческие трупы, врачи продолжали изучать животных на протяжении веков.

Поскольку исследователи работали над новыми лекарствами на рубеже 20-го века, модели на животных стали популярным методом тестирования. Ученые проводили экспериментальные методы лечения дифтерии и диабета на животных в качестве доказательства концепции, прежде чем попробовать их на людях, заработав Нобелевские премии.

По мере увеличения производства лекарств это означало, что плохая партия или опасное лечение могут нанести вред множеству людей. Например, в 1901 году партия дифтерийного антитоксина, зараженного столбняком, убила 13 детей; в ответ правительство США приняло свой первый закон, регулирующий биологические препараты в 1902 году. И когда в 1937 году от антибиотика, содержащего смертельный яд, погибло более 100 человек, правительство отреагировало Федеральным законом о продуктах питания, лекарствах и косметике 1938 года. Закон обязывал производителей проводить «доклинические испытания (включая испытания на животных), прежде чем лекарства попадут на испытания на людях».

FDA никогда не требовало повсеместного тестирования на животных для новых лекарств. Но тестирование на животных, как правило, было единственным реальным способом для компаний доказать безопасность своих лекарств перед испытаниями на людях. Закон оставался неизменным в течение 84 лет — до недавней корректировки, которая позволяет компаниям использовать новые методы тестирования, разработанные на основе последних технологических достижений.

«Проблемы пушистых братьев»

Фото / Kirn Vintage Stock / Archive Photos

За последние несколько столетий испытания на животных раздвинули границы науки и проложили путь к лекарствам и вакцинам, которые спасли бесчисленное количество жизней.

Ученые используют тысячи собак — в основном биглей, отобранных за их небольшой размер и дружелюбный нрав — каждый год для испытаний на животных. Их обычно подвергают эвтаназии для более тщательного обследования их органов после окончания тестирования. Мыши, крысы и даже обезьяны также часто используются для тестирования на наркотики. Некоторые ученые утверждают, что эти страдания в значительной степени напрасны — модели на животных не работают так хорошо. Мыши, крысы, собаки и обезьяны принципиально отличаются от людей. Когда человек заболевает, его организм реагирует по-разному.

Ученые иногда вызывают болезненные состояния у животных, чтобы изучить, как это состояние проявляется на самом деле, или проверить, насколько эффективны новые лекарства для облегчения этих симптомов. Но модели некоторых болезней, которые используются, часто на самом деле не воспроизводят болезни человека значимым образом.

Например, когда ученые попытались воспроизвести сепсис у мышей, мыши, казалось, имели общие симптомы с пациентами-людьми. Но более пристальный взгляд выявил ключевые несоответствия: когда ученые начали анализировать гены и молекулы, которые опосредуют это, они сильно отличались. Эти различия означают, что лекарства часто проходят длительные (и дорогостоящие) испытания на животных только для того, чтобы потерпеть неудачу на людях — либо потому, что они работают не так, как ожидалось, либо потому, что они вызывают вредные побочные эффекты. Почти 95 процентов лекарств, участвующих в испытаниях на людях, терпят неудачу, даже после успешного прохождения испытаний на животных, отмечается в исследовании 2019 года в журнале Translational Medicine Communication.

Несмотря на эти недостатки, тестирование на животных остается стандартом для разработки лекарств. Пока нет ничего лучшего, и никто не может предложить альтернативу.

Новая технология может заменить тестирование на животных

Фото / ROGER HARRIS /SCIENCE PHOTO LIBRARY / SCIENCE PHOTO LIBRARY 

В последние годы исследователи разработали целый ряд биомедицинских технологий, чтобы точно показать, как человеческий организм может взаимодействовать с новыми лекарствами.

Многие из этих методов основаны на живых человеческих клетках. В 2006 году профессор Киотского университета Шинья Яманака объявил, что он нашел способ перевести клетки взрослых мышей в плюрипотентное состояние, способное развиваться во множество различных типов клеток. Исследование быстро привело к созданию индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток, или iPSC.

Аннелиз Беннасер-Грискелли, профессор Университета Париж-Сакле во Франции, говорит, что это было «замечательное» открытие, потому что исследователям больше не нужно уничтожать человеческий эмбрион для получения стволовых клеток. Вместо этого они могут взять клетки у пациента — например, через образец крови — и превратить их в стволовые клетки, которые они могут размножать в лабораторных условиях и использовать для воссоздания различных типов клеток. Более того, стволовые клетки отражают генетические изменения или хромосомные аномалии, связанные с болезнью пациента.

Эти стволовые клетки могут быть использованы в различных методах лечения. Прямо сейчас многие ученые используют их для создания органоидов: 3D, полых скоплений клеток, которые имитируют взрослые органы.

Они крошечные, но все еще видны невооруженным глазом. Беннасер-Грискелли работал над органоидами мозга, которые после года роста достигли 2-3 миллиметров в диаметре. Они не являются полноценными рабочими моделями, скажем, мозга или сердца, но они содержат соответствующие типы тканей и приблизительные версии некоторых структур наших органов.

Эти реплицированные ткани органов оказались полезными для различных тестов и моделей, говорит Али Турхан, профессор Университета Париж-Сакле и один из сотрудников Беннасер-Грискелли. Вместо проведения клинических испытаний с использованием препарата, на которые потребуется несколько лет, чтобы привлечь, возможно, тысячи пациентов, вы можете использовать органоиды. В дополнение к замене или дополнению испытаний на людях, органоиды могут снизить потребность в моделях на животных.

Человеческие клетки и ткани также попадают в модные новые устройства, называемые органами на чипах. Они размером примерно с флэш-накопитель и содержат узкие каналы, заполненные живыми человеческими клетками. В принципе, ученые могут воссоздать интерфейсы между тканями, из которых состоит орган. Есть клетки кровеносных сосудов, выстилающие один канал, и клетки легких в вашем воздушном мешке с другой стороны. Именно так они взаимодействуют в вашем теле.

Фото / WYSS INSTITUTE AT HARVARD UNIVERSITY

Органы на чипах могут имитировать взаимодействие между различными видами тканей и циркуляцию иммунных клеток. Благодаря гибким стенкам каналов, они могут даже воссоздавать движения, которые сопровождают дыхание и пищеварение.

Когда исследователи вводят лекарства в микрофлюидные каналы чипов, устройства могут имитировать, как различные ткани человека реагируют на эти лекарства. Ученые могут контролировать дозы лекарств и отслеживать эффекты с течением времени, регулируя поток лекарств по каналам.

Некоторые лаборатории выводят органы на экран. Бланка Родригес, профессор вычислительной медицины в Оксфордском университете, моделирует лекарственные взаимодействия с помощью компьютерного моделирования человеческого сердца.

Является ли это концом испытаний на животных?

Фото / LUBOV KLEPIKOVSKAYA / EYEEM

Новые технологии не могут полностью заменить тестирование на животных — по крайней мере, пока. Эти новые технологии уже показали себя многообещающими. Согласно статье Бланки Родригес, опубликованной в 2017 году, компьютерные модели имеют более высокий показатель успеха, чем модели на животных, при прогнозировании того, какие лекарства вызовут проблемы с сердцем у пациентов-людей. Она и ее команда даже предположили, что ученые должны работать над тем, чтобы полностью заменить тестирование сердечных препаратов на животных компьютерным моделированием.

Коллега Ингбера по Emulate Лорна Эварт протестировала клетки печени с помощью чипов, подвергая их воздействию группы препаратов, которые прошли испытания на животных, но, как было установлено, вызывают повреждение печени в ходе испытаний на людях, согласно исследованию, опубликованному в 2022 году в Nature. Чипы правильно отметили 87 процентов токсичных для печени препаратов, которые прошли испытания на животных.

Такого рода успехи помогли внести изменения в Закон о продуктах питания, лекарствах и косметике 1938 года. Пересмотренный закон, который был подписан президентом Байденом в декабре 2022 года, упоминает анализы на основе клеток, органы на чипах и компьютерное моделирование в качестве жизнеспособных моделей для оценки безопасности лекарств наряду с тестированием на животных.

Это не значит, что тестирование на животных исчезнет в одночасье. Даже ученые, выступающие за новые технологии, отмечают, что во многих случаях эти новые методы необходимо дополнять результатами, полученными на животных моделях, особенно для определения токсичности препарата или для наблюдения за тем, как все системы органов взаимодействуют с новым лекарством.

Есть еще много областей, где тестирование на животных научно необходимо, потому что текущее состояние науки не поддерживает замену всех исследований на животных методами, не используемыми животными. Современные методы, не связанные с животными, не всегда могут предсказать эффекты, возникающие в таких сложных системах.

Хотя Ингбер согласен с тем, что мир без тестирования на животных далек, в ближайшем будущем сообщество надеется постепенно уменьшить потребность в тестировании на животных, по одной модели за раз.

Научные прорывы в сочетании с недавними изменениями в законодательстве могут помочь убедить больше лабораторий изучить варианты тестирования не на животных, что может вызвать волну во всем фармацевтическом мире.

Фото превью / Kirn Vintage Stock / Archive Photos / inverse.com

Приближается ли общество к концу испытаний на животных?