Следващото ниво на науката без опитни животни

Някога правили ли сте дисекция на собствен лабораторен плъх като студент?
Или премахвали сте биещо сърце от жаба, докато останалата част от класната стая прави точно същото?

Това не е много далечен спомен за повечето учени. Но изглежда като от преди цяла вечност за днешните студенти.

Студентите от университета в Утрехт вече могат виртуално да изследват всеки слой от анатомията на плъх с помощта на холограми, те могат да практикуват вземане на кръвни проби от мозъка на пластмасово прасе, а робот кон симулира вътрешни прегледи по усъвършенстван начин. Тези новости предлагат нови начини за научаване за живота, без използването на опитни животни. И не само за студенти. Смарт иновации като органи върху чип и виртуални хора извеждат нашата наука на следващото ниво, като същевременно намаляват или заменят тестовете върху животни.

По-добро образование

Отдалеч изглежда просто като група студенти, които си бъбрят в коридора. Но когато се приближите, ще забележите, че всеки носи големи черни очила и сочи към нещо, което изглежда изобщо не съществува. За учениците това, което виждат, е реално.
Един поглед през очилата им показва, че те гледат холограма на на плъх. Чрез „натискане“ на виртуалните бутони учениците могат да създават различни слоеве, показващи само кръвоносните съдове, скелета или определени органи.
Те могат да го направят толкова сложно или просто, колкото искат. Без изобщо да правят дисекция на животно, те могат да изучават анатомията му в детайли в 3D.

„Непрекъснато трябва да се питаме: как можем да образоваме нашите ученици по възможно най-добрия начин? Това не се подразбира при лабораторните животни“, казва Даниела Салватори, професор по сравнителна анатомия и физиология в Утрехтския университет. „Виртуалната реалност подобрява пространствените умения: трудно е да научите 3D структури от 2D картини в учебник.

С тези VR очила учениците могат да тренират толкова често, колкото е необходимо; което не би било възможно с животно.

Има повече взаимодействие с учителя и е по-малко стресиращо от работата с лабораторни животни. И ветеринарите могат да тренират върху най-сложните структури още веднъж виртуално точно преди операция. Учене през целия живот“, казва Салватори. Вече има аватар на плъх, мишка и риба, а Avatar Zoo скоро ще бъде разширен с куче, котка, крава и овца.

Днешните студенти са критични към използването на опитни животни.

Даниела Салватори, професор по сравнителна анатомия и физиология

И това не е единствената образователна иновация, която заживява в Утрехт. Центърът за високи постижения за пластинация и виртуална реалност, инициатива на университета в Утрехт и UMC Utrecht, разработва виртуални модели на животни и хора, както и пластинати.

Чрез заместване на водата и мазнините в починало животно с полимери, като гума и епоксид, се създават реалистични модели, в които анатомията може да се изучава с години. Меките пластинати са подходящи и за практикуване на клинични процедури върху животни, като инжекции и вътрешни прегледи. Това също значително намалява използването на лабораторни животни.

Въпреки че лабораторните животни имат силна връзка с научните изследвания, много от тях се използват и в образованието. „Всяка година 10 милиона животни се използват за научни цели в Европа; около 200 000 се използват за образование и обучение, и това е подценяване“, казва Салватори, от обучаващи се ветеринари, студенти по природни науки, докторанти, технически помощен персонал и изследователи, практикуващи анатомия, изследователски умения или хирургични техники.

„Може да бъде различно“, казва Салватори, която също е ръководител на TPI Utrecht, инициатива, която стимулира дискусии и иновации без животни, и наскоро разработи учебната програма По-добра наука с по-малко животни.

„Забелязахме, че тази осъзнатост е задействана. И в научните изследвания, и в образованието има утвърдени идеи и тестовите животни отдавна са стандарт. Днешните студенти са критични към използването на тестови животни, изследователите са по-отворени към нарастващия брой методи без животни.
Нашите ученици са възпитаници и професионалисти на утрешния ден: сега е моментът да ги обучим за свят, в който животните не са норма.“

Лесно за уреждане

Тези алтернативи не винаги трябва да са много напреднали. Понякога простите решения могат да доведат до обрат, казва неврохирургът Барт ван дер Цван, който редовно влиза в лабораторията с куп рози. Първоначално студентите са малко изненадани: това не е ли курсът по микрохирургия? Днес ли е Свети Валентин? Но венчелистчетата са обект на изследване. Да се научиш да шиеш не винаги е необходимо при лабораторни животни, смята Ван дер Цван, който е професор по съдова неврохирургия в UMC Utrecht.
Той заменя крехките тъкани и кръвоносни съдове с цветни венчелистчета и варена юфка в своя курс по микрохирургия, в който бъдещите хирурзи се учат как да зашиват тъкани, кръвоносни съдове и кожа на микроскопично ниво.

„Това е по-лесно, по-евтино и по-щадящо за животните, отколкото да работите с лабораторни животни“, казва Ван дер Цван. „Работата с лабораторни животни изисква много организация и става все по-трудна за организиране.
Вече бях виждал в литературата, че може да се направи по различен начин. Венчелистчетата от цветя изглеждат идеални за работа: ако натиснете прекалено силно, веднага виждате отпечатък. А юфката лесно се чупи, трябва да работите с нея много внимателно; това е добро обучение за хирурзите.

Простите алтернативи правят упражненията много по-достъпни. „Неврохирурзите просто трябва да тренират уменията си и най-добрият начин да направят това е като практикуват много.
С нудълс те могат да тренират между други дейности и толкова често, колкото пожелаят. И ако направите грешка, просто получавате нова юфка; никога не бихте направили това с плъх“, казва Ван дер Цван, който също иска да предложи курса на съдови хирурзи, очни лекари и общопрактикуващи лекари в Холандия и в чужбина. „Просто, но ефективно и спасява много животни.“

Възпроизводимост

Ами ако наистина трябва да се научите как да работите с животни? Дори в курса „Лабораторни животновъдни науки“ – основите за всеки, който работи с лабораторни животни – животните могат да бъдат държани далеч от поглед в първите стъпки.
„Ние практикуваме работа с животни с мишки Ikea например и се научаваме как да зашиваме вътрешна гума на велосипед“, казва медицинският биолог Ян ван дер Валк, координатор на Utrecht 3Rs-Centre, който се ангажира с разкриването на 3Rs: замяна, намаляване и усъвършенстване на експерименти с животни.
„За инвазивни техники, като интервенции в коремната кухина, започваме с изкуствен плъх. Освен това е по-малко стресиращо за учениците, отколкото операцията върху истински плъх, където също трябва да наблюдавате всякакви фактори като сърдечен ритъм и анестезия. Тези алтернативи не само са по-добри за хуманното отношение към животните, но водят и до по-добри резултати от обучението сред студентите.“

Алтернативите без животни са не само по-добри за хуманното отношение към животните, но водят и до по-добри резултати от обучението сред студентите.

Ян ван дер Валк, координатор на Utrecht 3Rs-Centre-Centre

Същото важи и за изследванията: работата с лабораторни животни не винаги дава най-добрите резултати. „Животното е нещо като черна кутия. Не можете да разберете дали животното получава главоболие, дали почервенява или е объркано. Опитите с животни не ви казват всичко. Не е изненадващо, че девет от десет лекарства, тествани върху животни, все още се провалят в клиничната фаза“, казва Ван дер Валк.

Освен това, възпроизводимостта на резултатите е възпрепятствана от многото променливи в лабораторните животни, като настаняване и хранене, които могат да повлияят на констатациите.
И поразително: тези разлики не са ограничени до работата с лабораторни животни, но дори се появяват, когато се използват само тъкани или клетки. „Средата за клетъчна култура често се състои от фетален телешки серум, който се извлича от неродени телета.

Това поражда сериозни опасения както за хуманното отношение към животните, така и за възпроизводимостта: всяка нова партида има различен състав, който влияе върху резултатите“, казва Ван дер Валк, който настоява за химически дефинирани среди, които имат един и същ състав всеки път. „Затова създадохме база данни, където изследователите могат да намерят среди за растеж на специфични клетки и тъкани без фетален телешки серум.“

„Опитните животни не са златен стандарт. Време е списанията също да осъзнаят това и вече да не изискват или подкрепят проверката на резултатите при лабораторни животни“, казва Ван дер Валк, който е на път да се пенсионира.
„Имам големи очаквания към следващото поколение, което ще сложи край на сегашните навици и мислене. Не трябва да приемаме животните като отправна точка в медицинските изследвания, а хората.”

Преминавайки към човека

Колко много всъщност казва едно животно за човека? „Много ситуации в човешкото тяло не могат да бъдат повторени при животните. Човешката патология не може да се открие при животните. Това означава, че трябва да имате едно на ум и винаги да се питате доколко уместни са резултатите при лабораторни животни и как трябва да ги тълкувате“, казва Roos Masereeuw, професор по експериментална фармакология и един от основателите на Utrecht Advanced In Vitro Models Hub.

In vitro моделите предлагат възможност за изследване на човешки клетки и тъкани. И въпреки че изследователите не могат да имитират цяло тяло, техники като органоиди и органи върху чип стават все по-сложни. „Ние работим с микрофизиологични системи върху чип, в които можем да имитираме части от органи и можем да добавим поток от микрофлуиди, за да имитираме кръвния поток или пикочните пътища“, обяснява Мазерееу. Такъв чип се състои от пластмасова пластина с интегрирани микроканали и камери, в които растат сложни тъкани от клетки. Чрез добавяне на лекарства или храна, например, изследователите могат лесно да проследят ефекта. Това не само намалява използването на животни, но и подобрява науката.

Ние обучаваме ново поколение, което гледа на лабораторните животни по различен начин и за което иновации като тази ще бъдат стандарт.

Роос Мазерееу, професор по експериментална фармакология

„Връзката между различните органи е най-голямото предизвикателство“, казва Мазерееу. „Следващата стъпка е да свържем няколко органа: например червата, черния дроб, жлъчните пътища и бъбреците. По-специално за лекарствата е важно да се придобие представа за това как различните органи се справят с лекарството. Той се абсорбира в червата и след това се екскретира през кръвния поток от бъбреците или се преобразува през черния дроб и се екскретира през жлъчния канал. За хранителните алергии връзката между кожата и червата е много важна. Целта ни е да свържем различни части заедно, като кубчета Лего, за да имитираме човешката физиология.“ Университетът в Утрехт е част от консорциума за човешки органи и технологии за модели на заболявания, който работи върху свързването на различни мини-органи.

Виждаме голям интерес сред студентите към тези технологии и нужда от обучение за тях. Ние обучаваме ново поколение, което гледа на лабораторните животни по различен начин и за което иновации като тази ще бъдат стандарт.

Все още не сме стигнали и не можем да правим всичко ин витро, но можем още и още. Като комбинираме нашите технологии с компютърни науки, можем да оптимизираме нашите изследвания още повече.

Роос Мазерееу

Оценка на безопасността, която не е свързана с животните

Могат ли изследванията и образованието дори да се провеждат изцяло без животни? Virtual Human Platform прави първите стъпки в тази посока. Тази инициатива събира данни за безопасността на химични вещества и лекарства, без използването на тестови животни. Това е най-големият проект, предприеман някога в тази област в Холандия, обединяващ повече от тридесет партньори от университети, компании и здравни организации, казва токсикологът Джулиет Леглер, ръководител на многомилионния проект, който стартира през лятото на 2021 г. .

„От 100-те милиона лабораторни животни, използвани по света всяка година, 30 процента се използват за законово изисквани токсикологични тестове и тестове за безопасност. Забележителното е, че тези оценки на безопасността са там, за да защитят хората, но се извършват върху животни. Прогнозната стойност на тестовете върху животни за човешкото здраве е ограничена. Тя е остаряла. Хората трябва да бъдат отправната точка, а не опитните животни“, казва Леглер.

Време е за революция, не за еволюция.

Джулиет Леглер, професор по токсикология

Целта на виртуалната човешка платформа е да предостави напълно оценка на безопасността на химикали и фармацевтични продукти за хората, базирана единствено на човешката физиология и биология без да се използват животнни.

“Системата се променя много бавно, когато намалявате или заменяте стъпка по стъпка; предлага твърде малко иновации.”

Джулиет Леглер, професор по токсикология

Платформата предизвиква революцията чрез интегриране на иновации в науките за данни с модели на човешки тъканни култури.

Ние обединяваме всички налични данни и ги правим открито достъпни. Платформата започна да обединява данни около три случая: Бъбреци, мозък и щитовидна жлеза. За тези три има много опит, както и данни, които не са налични при животните.

Джулиет Леглер, професор по токсикология

Въпреки че учените понякога са скептично настроени относно това дали методите без животни са осъществими за тяхната област, има повече информираност, отбелязва Леглер. „Те осъзнават, че не сме предприели достатъчно стъпки през последните години. Новата тенденция е да се мисли отново и отново дали нещата могат да се направят по различен начин.

Определено сред студентите. За някои дисциплини, като например невронауките, преходът към тестване без животни ще бъде труден. Но ако продължаваме да мислим, че е невъзможно, няма да стигнем до там. Тъй като ставаме по-добри в предсказването на биологията, ще имаме нужда от все по-малко и по-малко лабораторни животни.”

Приемане и доверяване

Но това не е всичко. Как да гарантираме, че резултатите, които не включват експерименти с животни, се приемат и имат доверие? Че регулаторите и финансиращите агенции изоставят настоящите изисквания относно използването на опитни животни? И че безопасността все пак ще бъде гарантирана?

„Първите стъпки са информираност, доверие и участие. Едва тогава следва приемане. Това приемане е двустранно: приемане на нови методи и приемане на техния резултат“, казва професорът по иновации Елън Мурс, която е експерт по управление на промените по въпросите на устойчивостта.

Това приемане е двойно: приемане на нови методи и приемане на техния резултат.

Елън Мурс, професор по иновации

Има много играчи в играта: има пациенти, потребители, изследователи, регулатори, финансиращи органи и индустрия, за да назовем само няколко. И всеки от тях има своя собствена роля.

„Потребителите могат да дадат ясен глас, като изберат например козметика, която не е тествана върху животни; пациентите нямат този избор, когато става въпрос за лекарства, те са склонни да бъдат по-пасивни в дебата. И изследователите могат да бъдат много прогресивни, но понякога са задължени да проверят своите изследвания върху животни, защото регулаторите или финансиращите органи го изискват. Политиците могат да забавят прехода, но също така са склонни да бъдат критични към рутините, които всъщност могат да насърчат прехода“, обяснява Мурс. „Трябва да включите и обучите всяка от тези страни на възможностите без животни.“

Извънредни обстоятелства могат да хвърлят нова светлина върху утвърдените идеи за тестването върху животни и разработването на лекарства. Разработването на ваксини се ускори по време на корона кризата, например, пациентите са по-склонни да пробват експериментални лекарства, ако са неизлечимо болни, а ценовите етикети също могат да бъдат фактор за допускане на лекарства на пазара.
„Медиите също могат да играят важна роля при формирането на общественото мнение относно тестовете върху животни. Изображения като ухо на мишка увеличиха противопоставянето срещу тестове върху животни. Следователно медиите могат да действат като катализатор за приемането на иновации, които не са свързани с животни“, казва Мурс.

Виртуалната човешка платформа обединява всички тези различни страни, за да обсъдят въпроси като безопасност, изисквания за оценка и данни за иновации, свързани с тестове без животни. Осъзнаването и участието са прелюдия към приемането.
„Когато има приемане“, казва Мурс, „преходът към тестване без животни ще се ускори и нова политика по тази тема ще бъде въведена по-рано. Това работи по-добре, отколкото да го налагаме отгоре.“

Тази статия е базирана на превод и се основава на статията “Proefdiervrij next level” от Maartje Kouwen и епървоначално публикувана на уебсайта на Universiteit Utrecht. Бихме искали да изразим нашата благодарност към Universiteit Utrech Delft и автора, че ни позволиха да споделим тази информация с нашите читатели.