Un modelo animal (abreviatura de modelo de enfermedad animal ) es un animal vivo, no humano, a menudo diseñado por ingeniería genética, que se utiliza durante la investigación y la investigación de enfermedades humanas , con el propósito de comprender mejor el proceso de la enfermedad sin el riesgo adicional de dañar a un animal real. humano. Aunque la actividad biológica en un modelo animal no asegura un efecto en humanos, muchos medicamentos, 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 los procesos de desarrollo también se conocen como organismos modelo . [2]Hay tres tipos principales de modelos animales: homólogos, isomorfos y predictivos. Los animales homólogos tienen las mismas causas, síntomas y opciones de tratamiento que los humanos que tienen la misma enfermedad. Los animales isomorfos solo comparten los mismos síntomas y tratamientos. Los modelos predictivos son similares a una enfermedad humana en particular en solo un par de aspectos. Sin embargo, estos 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 algún grado de parentesco y similitud genética debido a una ascendencia común. El estudio de los parientes humanos taxonómicos, entonces, puede proporcionar una gran cantidad de información sobre el mecanismo y la enfermedad dentro del cuerpo humano que puede ser útil en medicina. [ cita requerida ]
Se han construido varios árboles filogenéticos para vertebrados utilizando proteómica, genética y genómica comparativas, así como el registro geoquímico y fósil. [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 mucho potencial para informarnos sobre los mecanismos de la enfermedad (y qué genes pueden ser responsables de la inteligencia humana). Sin embargo, los chimpancés rara vez se utilizan en la investigación 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 por última vez un ancestro común ~ 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 requerida ]
Recientemente, se han agregado datos genómicos a las técnicas para hacer comparaciones cercanas entre especies y determinar su 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 tanto del genoma conservado en todas las 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 requerida ]
Modelos de enfermedad
Los modelos animales que sirven en la investigación pueden tener una enfermedad o lesión existente, endogámica o inducida que es similar a una 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 de enfermedad de formas 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 más ampliamente en cuatro categorías: 1) experimentales, 2) espontáneos, 3) negativos, 4) huérfanos. [10]
Los modelos experimentales son los más comunes. Estos 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:
- El uso de metrazol (pentilenetetrazol) como modelo animal de epilepsia [11]
- La inmunización con un auto- antígeno para inducir una respuesta inmune para modelar enfermedades autoinmunes tales como encefalomielitis autoinmune experimental [12]
- Oclusión de la arteria cerebral media como modelo animal de accidente cerebrovascular isquémico [13]
- Inyección de sangre en los ganglios basales de ratones como modelo de accidente cerebrovascular hemorrágico [14] [15]
- Sepsis e inducción de choque séptico al alterar la integridad de los tejidos de barrera, administrando patógenos vivos o toxinas [16]
- Infección de animales con patógenos para reproducir enfermedades infecciosas humanas.
- Inyectar a animales con agonistas o antagonistas de varios neurotransmisores para reproducir trastornos mentales humanos.
- Usar radiación ionizante para causar tumores
- Usar la transferencia de genes para causar tumores [17] [18]
- Implantar animales con tumores para probar y desarrollar tratamientos con radiación ionizante.
- Seleccionados genéticamente (como en ratones diabéticos , también conocidos como ratones NOD ) [19]
- Varios modelos animales para el cribado de fármacos para el tratamiento del glaucoma.
- El uso de la rata ovariectomizada en la investigación de la osteoporosis [20]
- Uso de Plasmodium yoelii como modelo de paludismo humano [21] [22] [23]
Los modelos espontáneos se refieren a enfermedades análogas a las condiciones humanas que ocurren naturalmente en el animal en estudio. 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 en el conocimiento de los genomas de primates no humanos y otros mamíferos que están genéticamente cercanos a los humanos está permitiendo la producción de tejidos, órganos e incluso especies animales modificadas genéticamente que expresan enfermedades humanas, proporcionando un modelo más robusto 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 se pueden comprender mejor en un sistema simplificado en el que se aíslan y examinan partes individuales del proceso de la enfermedad. Por ejemplo, los análogos conductuales de la ansiedad o el dolor en animales de laboratorio se pueden usar para detectar y probar nuevos medicamentos 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 el 63% para los no roedores solos y el 43% para los roedores solos. [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]
Ciencias del Comportamiento
Los modelos animales observados en las ciencias de la psicología y la sociología a menudo se denominan modelos animales de comportamiento . Es difícil construir un modelo animal que reproduzca a la perfección los síntomas de la depresión en los pacientes. Los animales carecen de conciencia de sí mismos , autorreflexión y consideración; [ cita requerida ] además, las características distintivas del trastorno, como el estado de ánimo depresivo, la baja autoestima o el suicidio, son difícilmente accesibles en los no humanos. [ cita requerida ] 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 conducir a la 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 requerida ]
Desafíos y críticas
Muchos modelos animales que sirven como sujetos de prueba en la investigación biomédica, como ratas y ratones, pueden ser selectivamente sedentarios , obesos e intolerantes a la glucosa . Esto puede confundir su uso para modelar procesos y enfermedades metabólicos humanos, ya que estos pueden verse afectados por la ingesta energética de la dieta y el ejercicio . [27]
Los modelos animales de enfermedad psiquiátrica dan lugar a otras preocupaciones. Las evaluaciones cualitativas de la conducta suelen ser subjetivas. Esto llevaría al investigador a observar lo que quiere observar en los sujetos y a sacar conclusiones acordes a sus expectativas. Además, los criterios diagnósticos imprecisos para las enfermedades psiquiátricas conducen inevitablemente a problemas para modelar la condición; Por ejemplo, dado que una persona con trastorno depresivo mayor puede experimentar pérdida o aumento de peso, insomnio o hipersomnia , no podemos decir con certeza que una rata con insomnio y pérdida de peso está deprimida. Además, la naturaleza compleja de las condiciones psiquiátricas hace que sea difícil / imposible traducir los comportamientos y los déficits humanos; por ejemplo, el déficit de 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 problemas de lenguaje. [ cita requerida ]
Ética
El debate sobre el uso ético de los animales en la investigación se remonta a 1822 cuando el Parlamento británico promulgó la primera ley para la protección de los animales que previene la crueldad hacia el ganado ver texto . A esto le siguió la Ley de crueldad hacia los animales de 1835 y 1849, que penalizaba el maltrato, la conducción excesiva y la tortura de animales. En 1876, bajo la presión de la Sociedad Nacional Anti-Vivisección, la Ley de Crueldad con los Animales fue enmendada para incluir regulaciones que rigen el uso de animales en la investigación. Esta nueva ley estipuló que 1) los experimentos deben probarse como 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 termine el experimento (ver texto). En la actualidad, estos tres principios son fundamentales para las leyes y directrices que rigen el uso de animales y la investigación. En los Estados Unidos, la Ley de Bienestar Animal de 1970 (ver también la Ley de Bienestar Animal de Laboratorio) estableció estándares para el uso y cuidado de los animales en la investigación. El programa Animal Care de APHIS hace cumplir esta ley . Consulte las políticas de AWA .
En entornos académicos en los que los fondos de los NIH se utilizan para la investigación con animales, las instituciones se rigen por la Oficina de Bienestar de los Animales de Laboratorio de los NIH (OLAW). En cada sitio, las pautas y estándares de OLAW son respaldados por una junta de revisión local llamada Comité Institucional de Uso y Cuidado de Animales (IACUC). Todos los experimentos de laboratorio que involucran 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 basados en los principios de Reemplazo, Reducción y Refinamiento. [28]
Reemplazo se refiere a los esfuerzos para incorporar alternativas al uso de animales. Esto incluye el uso de modelos informáticos, células y tejidos no vivos, y la sustitución de animales de "orden superior" (primates y mamíferos) por animales de orden "inferior" (p. Ej., Animales de sangre fría, invertebrados, bacterias) siempre que sea posible ( enumerar de organismos modelo comunes aprobados para su uso por los 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 la repetición innecesaria de experimentos anteriores. Para satisfacer este requisito, se emplean cálculos matemáticos de potencia estadística 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 mientras se minimiza 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 con el fin de minimizar el sufrimiento de cada sujeto animal. [ cita requerida ]
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 los 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 requerida ]
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. Junto a los humanos, los primates son las especies más protegidas en experimentación. El fundamento 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. A la inversa, este tipo de moralización de la complejidad de la interacción y el pensamiento podría considerarse "especificismo". 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 la experimentación que involucra gusanos o moscas que ratones, perros o monos. [ cita requerida ]
Alternativas
Las preocupaciones éticas, así como el costo, el mantenimiento y la relativa ineficacia 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 proporcionan 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 PET ) permiten un estudio no invasivo de sujetos humanos. [33] Los avances recientes en genética y genómica pueden identificar genes asociados a enfermedades , que pueden ser el objetivo de terapias. [31]
Ver también
- Calzones (mono)
- Pruebas en animales
- Base de datos del genoma Ensembl
- En vivo
- Ensayos con animales en invertebrados
- Ensayos con animales en roedores
- Historia de la experimentación con animales
- Rata noqueadora
- Modelos de ratón de cáncer colorrectal e intestinal
- Modelos animales de esquizofrenia
- Modelos animales de autismo
- Historia de los organismos modelo
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enlaces externos
- Modelos de animales transgénicos - Biomedcode
- Consorcio Knock Out Rat - KORC
- Emice - Instituto Nacional del Cáncer