Organismo modelo

Escherichia coli es un organismo modelo procariota gramnegativo

Drosophila melanogaster, uno de los temas más famosos para experimentos genéticos

Saccharomyces cerevisiae, uno de los organismos eucariotas más estudiados en biología molecular y celular

Un organismo modelo (a menudo abreviado como modelo) es una especie no humana que se estudia exhaustivamente 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. Los organismos modelo se utilizan ampliamente para investigar enfermedades humanas cuando la experimentación humana sería inviable o poco ética. Esta estrategia es posible gracias a la descendencia común de todos los organismos vivos y la conservación de las vías metabólicas y de desarrollo y el material genético a lo largo de la evolución.

El estudio de organismos modelo puede ser informativo, pero se debe tener cuidado al generalizar de un organismo a otro.

En la investigación de enfermedades humanas, los organismos modelo permiten una mejor comprensión del proceso de la enfermedad sin el riesgo adicional de dañar a un ser humano real. La especie elegida normalmente cumplirá una determinada equivalencia taxonómica con los humanos, para reaccionar a la enfermedad o su tratamiento de una manera que se asemeje a la fisiología humana según sea necesario. Aunque la actividad biológica en un organismo modelo no asegura un efecto en humanos, muchos medicamentos, tratamientos y curas para enfermedades humanas se desarrollan en parte con la guía de modelos animales.

Hay tres tipos principales de modelos de enfermedades: 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 comparten los mismos síntomas y tratamientos. Los modelos predictivos son similares a una enfermedad humana particular solo en un par de aspectos, pero son útiles para aislar y hacer predicciones sobre los mecanismos de un conjunto de características de la enfermedad.

Hay muchos organismos modelo. Uno de los primeros sistemas modelo para la biología molecular fue la bacteria Escherichia coli, un constituyente común del sistema digestivo humano. Varios de los virus bacterianos (bacteriófagos) que infectan E. coli también han sido muy útiles para el estudio de la estructura génica y la regulación génica (por ejemplo, fagos Lambda y T4). Sin embargo, se debate si los bacteriófagos deben clasificarse como organismos, porque carecen de metabolismo y dependen de las funciones de las células huésped para su propagación.

Se extraen organismos modelo de los tres dominios de la vida, así como virus. Los ejemplos incluyen Escherichia coli (E. coli), levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae), el virus del fago T4, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, la planta con flores Arabidopsis thaliana, los conejillos de indias (Cavia porcellus) y el ratón (Mus musculus).

Historia

El uso de animales en la investigación se remonta a la antigua Grecia, con Aristóteles (384-322 a. C.) y Erasístrato (304-258 a. C.) entre los primeros en realizar experimentos con animales vivos. Los descubrimientos de los siglos XVIII y XIX incluyeron el uso de un conejillo de indias en un calorímetro por parte de Antoine Lavoisier para probar 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 usando ántrax en ovejas.

La investigación con modelos animales ha sido fundamental para muchos de los logros de la medicina moderna. Ha aportado la mayor parte del conocimiento básico en campos como la fisiología humana y la bioquímica, y ha desempeñado un papel importante en campos como la neurociencia y las enfermedades infecciosas. Por ejemplo, los resultados han incluido la casi erradicación de la poliomielitis y el desarrollo del trasplante de órganos, y han beneficiado tanto a humanos como a animales. De 1910 a 1927, el trabajo de Thomas Hunt Morgan con la mosca de la fruta Drosophila melanogaster identificó a los cromosomas como el vector de herencia de los genes. Drosophila se convirtió en uno de los primeros organismos modelo, y durante algún tiempo el más utilizado, y Eric Kandel escribió que los descubrimientos de Morgan "ayudaron a transformar la biología en una ciencia experimental". #34; 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 condujeron a la generación de la cepa de ratón endogámica DBA ("diluida, marrón y no agutí") y la sistemática generación de otras cepas endogámicas. 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.

A finales del siglo XIX, Emil von Behring aisló la toxina de la difteria y demostró sus efectos en conejillos de Indias. Continuó desarrollando una antitoxina contra la difteria en animales y luego en humanos, lo que resultó en los métodos modernos de inmunización y terminó en gran medida con la difteria como una enfermedad amenazante. 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 una causa del declive de la oposición de principios del siglo XX a la investigación con animales en los Estados Unidos.

La investigación posterior en organismos modelo condujo a más 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 condujo al descubrimiento de la insulina en 1922 (con John Macleod) y su uso en el tratamiento de la diabetes, que anteriormente significaba la muerte. La investigación de John Cade en cobayas descubrió las propiedades anticonvulsivas de las sales de litio, que revolucionaron el tratamiento del trastorno bipolar, sustituyendo a los tratamientos anteriores de lobotomía o terapia electroconvulsiva. Los anestésicos generales modernos, como el halotano y compuestos relacionados, también se desarrollaron a través de estudios en organismos modelo y son necesarios para operaciones quirúrgicas modernas y complejas.

En la década de 1940, Jonas Salk utilizó estudios con monos rhesus para aislar las formas más virulentas del virus de la polio, lo que lo llevó a crear una vacuna contra la polio. La vacuna, que se puso a disposición del público en 1955, redujo 15 veces la incidencia de la poliomielitis en los Estados Unidos durante los siguientes cinco años. Albert Sabin mejoró la vacuna al pasar el virus de la poliomielitis a través de huéspedes animales, incluidos los monos; la vacuna Sabin se produjo para el consumo masivo en 1963 y prácticamente había erradicado la poliomielitis en los Estados Unidos en 1965. Se ha estimado que desarrollar y producir las vacunas requirió el uso de 100,000 monos rhesus, con 65 dosis de vacuna producidas a partir de cada mono.. Sabin escribió en 1992: "Sin el uso de animales y seres humanos, habría sido imposible adquirir el importante conocimiento necesario para prevenir mucho sufrimiento y muerte prematura no solo entre los humanos, sino también entre los animales".

Otros avances y tratamientos médicos del siglo XX que se basaron en investigaciones realizadas en animales incluyen técnicas de trasplante de órganos, la máquina de circulación extracorpórea, antibióticos y la vacuna contra la tos ferina. También se han desarrollado tratamientos para enfermedades animales, como la rabia, el ántrax, el muermo, el virus de la inmunodeficiencia felina (FIV), la tuberculosis, la fiebre del ganado de Texas, la peste porcina clásica (cólera porcina), el gusano del corazón y otras infecciones parasitarias. La experimentación con animales sigue siendo necesaria para la investigación biomédica, y se utiliza con el objetivo de resolver problemas médicos como la enfermedad de Alzheimer, el SIDA, la esclerosis múltiple, la lesión de la médula espinal, muchos dolores de cabeza y otras condiciones en las que no hay utilidad. Sistema modelo in vitro disponible.

Selección

Los modelos son aquellos organismos con una gran cantidad de datos biológicos que los hacen atractivos para estudiar como ejemplos para 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 experimentales y objetivos de diferentes niveles de la biología, desde la ecología, el comportamiento y la biomecánica, hasta la diminuta escala funcional de tejidos, orgánulos y proteínas individuales. Las consultas 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 central en el árbol evolutivo. Históricamente, los organismos modelo incluyen un puñado de especies con amplios datos de investigación genómica, como los organismos modelo NIH.

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 para la manipulación genética (cepas endogámicas, líneas de células madre y métodos de transformación) y requisitos de vida no especializados. A veces, 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 (por ejemplo, levadura, arabidopsis o pez globo).

Cuando los investigadores buscan un organismo para usar en sus estudios, buscan varios rasgos. Entre estos se encuentran el tamaño, el tiempo de generación, la accesibilidad, la manipulación, la genética, la conservación de mecanismos y el beneficio económico potencial. A medida que la biología molecular comparativa se ha vuelto más común, algunos investigadores han buscado organismos modelo de una variedad más amplia de linajes en el árbol de la vida.

Filogenia y relación genética

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 un ancestro 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.

Se han construido varios árboles filogenéticos para vertebrados utilizando proteómica comparativa, genética, genómica, así como el registro geoquímico y fósil. Estas estimaciones nos dicen que los humanos y los chimpancés compartieron un ancestro común por última vez 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. Los roedores son los modelos animales más comunes. Los árboles filogenéticos estiman que los humanos y los roedores compartieron por última vez un ancestro común ~80-100 millones de años. 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.

Los datos genómicos se utilizan para hacer comparaciones cercanas entre especies y determinar la relación. Los humanos comparten alrededor del 99% de su genoma con los chimpancés (98,7% con los bonobos) y más del 90% con el ratón. Con tanto 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.

Usar

Hay muchos organismos modelo. Uno de los primeros sistemas modelo para la biología molecular fue la bacteria Escherichia coli, un constituyente común del sistema digestivo humano. Varios de los virus bacterianos (bacteriófagos) que infectan E. coli también han sido muy útiles para el estudio de la estructura génica y la regulación génica (por ejemplo, fagos Lambda y T4). Sin embargo, se debate si los bacteriófagos deben clasificarse como organismos, porque carecen de metabolismo y dependen de las funciones de las células huésped para su propagación.

En 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 rápidos y fáciles de cultivar. El ciclo celular en una levadura simple es muy similar al ciclo celular en 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 politene (gigante) en sus glándulas salivales que puede examinarse bajo un microscopio de luz El ascáride Caenorhabditis elegans se estudia porque tiene patrones de desarrollo muy definidos que implican un número fijo de células y se puede analizar rápidamente para detectar anomalías.

Modelos de enfermedad

Los modelos animales que sirven en la investigación pueden tener una enfermedad o lesión existente, consanguínea 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 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 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 se pueden entender mejor en un sistema simplificado en el que las partes individuales del proceso de la enfermedad se aíslan y examinan. 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 concordaron (coincidieron en verdaderos positivos y falsos negativos) con toxicidad humana en el 71% de los casos, con un 63% solo para no roedores y un 43% solo para roedores.

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 proceda, 4) conocimiento de fondo de las propiedades biológicas, 5) costo y disponibilidad, 6) generalización de los resultados, 7) facilidad y adaptabilidad a la manipulación experimental, 8) consecuencias ecológicas y 9) implicaciones éticas.

Los modelos animales se pueden clasificar en homólogos, isomorfos o predictivos. Los modelos animales también pueden clasificarse más ampliamente en cuatro categorías: 1) experimental, 2) espontáneo, 3) negativo, 4) huérfano.

Los modelos experimentales son los más comunes. Estos se refieren a modelos de enfermedad que se asemejan a las condiciones humanas en el fenotipo o la respuesta al tratamiento, pero se inducen artificialmente en el laboratorio. Algunos ejemplos incluyen:

• El uso de metrazol (pentylenetetrazol) como modelo animal de epilepsia
• Inducción de lesión cerebral mecánica como modelo animal de epilepsia postraumática
• Inyección de la neurotoxina 6-hidroxidopamina a partes dopaminérgicas del ganglio basal como modelo animal de la enfermedad de Parkinson.
• Inmunización con un autoantigeno para inducir una respuesta inmune a enfermedades autoinmunes modelo tales como encefalomitis experimental autoinmune
• Oclusión de la arteria cerebral media como modelo animal de accidente cerebrovascular isquémico
• Inyección de sangre en los ganglios basales de los ratones como modelo para el golpe hemorrágico
• Sepsis e inducción de choque séptico al menoscabar la integridad de los tejidos de barrera, administrando patógenos vivos o toxinas
• Infectar animales con patógenos para reproducir enfermedades infecciosas humanas
• Inyectar animales con agonistas o antagonistas de varios neurotransmisores para reproducir trastornos mentales humanos
• Utilizar radiación ionizante para causar tumores
• Usar transferencia de genes para causar tumores
• Implantar animales con tumores para probar y desarrollar tratamientos mediante radiación ionizante
• Genéticamente seleccionada (como en ratones diabéticos también conocidos como ratones NOD)
• Varios modelos animales para la detección de drogas para el tratamiento de glaucoma
• El uso de la rata ovariectomizada en la investigación osteoporosis
• Utilización Plasmodium yoelii como modelo de malaria humana

Los modelos espontáneos se refieren a enfermedades análogas a las condiciones humanas que ocurren naturalmente en el animal que se está estudiando. 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 son genéticamente cercanos a los humanos está permitiendo la producción de tejidos y órganos animales modificados genéticamente, e incluso especies animales 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 a menudo se denominan 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, consiste en endofenotipos 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.

Importantes organismos modelo

Se extraen organismos modelo de los tres dominios de la vida, así como virus. El organismo modelo procariótico más ampliamente estudiado es Escherichia coli (E. coli), que ha sido intensamente investigado durante más de 60 años. Es una bacteria intestinal gramnegativa común que se puede cultivar de forma fácil y económica en un entorno de 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.

Los eucariotas modelo simple incluyen la levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae) y la levadura de fisión (Schizosaccharomyces pombe), las cuales comparten muchos caracteres con las células superiores, incluyendo los de los humanos. Por ejemplo, en la levadura se han descubierto muchos genes de división celular que son críticos para el desarrollo del cáncer. Chlamydomonas reinhardtii, un alga verde unicelular con genética bien estudiada, se utiliza para estudiar la fotosíntesis y la motilidad. C. reinhardtii tiene muchos mutantes conocidos y mapeados y etiquetas de secuencias expresadas, y existen métodos avanzados para la transformación genética y la selección de genes. Dictyostelium discoideum se utiliza en biología molecular y genética, y se estudia como ejemplo de comunicación celular, diferenciación y muerte celular programada.

ratones de laboratorio, ampliamente utilizados en investigación médica

Entre los invertebrados, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster es famosa como sujeto de experimentos genéticos de Thomas Hunt Morgan y otros. Se crían fácilmente en el laboratorio, con generaciones rápidas, alta fecundidad, pocos cromosomas y mutaciones observables fácilmente inducidas. 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. C. elegans fue el primer organismo multicelular cuyo genoma se secuenció por completo y, a partir de 2012, el único organismo que tenía su conectoma ('diagrama de cableado' neuronal) completo.

Arabidopsis thaliana es actualmente la planta modelo más popular. Su pequeña estatura y su corto tiempo de generación facilitan estudios genéticos rápidos, y se han mapeado muchos mutantes fenotípicos y bioquímicos. A. thaliana fue la primera planta en tener su genoma secuenciado.

Entre los vertebrados, Robert Koch y otros bacteriólogos tempranos utilizaron cobayos (Cavia porcellus) como huésped de infecciones bacterianas, convirtiéndose en sinónimo de "animal de laboratorio" pero se usan con menos frecuencia en la actualidad. El vertebrado modelo clásico actualmente es el ratón (Mus musculus). Existen muchas cepas endogámicas, así como líneas seleccionadas por rasgos particulares, a menudo de interés médico, p. el tamaño corporal, la obesidad, la musculatura y el comportamiento voluntario de correr ruedas. 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 suborgánicas en relación con el ratón, mientras que los huevos y los embriones de Xenopus tropicalis y Xenopus laevis (rana africana con garras) se utilizan en biología del desarrollo, biología celular, toxicología y neurociencia. 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, 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), gatos (neurofisiología), pollos (desarrollo), perros (sistemas respiratorio y cardiovascular), Nothobranchius furzeri (envejecimiento) y primates no humanos como el macaco rhesus y el chimpancé (hepatitis, VIH, enfermedad de Parkinson, cognición y vacunas).

Organismos modelo seleccionados

Los organismos a continuación 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. Existen bases de datos de organismos modelo para proporcionar a los investigadores un portal desde el que descargar secuencias (ADN, ARN o proteínas) o acceder a información funcional sobre genes específicos, por ejemplo, la localización subcelular del producto génico o su función fisiológica.

Limitaciones

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 metabólicos humanos y enfermedades, ya que estos pueden verse afectados por la ingesta de energía dietética y el ejercicio. De manera similar, existen diferencias entre los sistemas inmunológicos de los organismos modelo y los humanos que conducen a respuestas significativamente alteradas a los estímulos, aunque los principios subyacentes de la función del genoma pueden ser los mismos. Los entornos empobrecidos dentro de las jaulas de laboratorio estándar niegan a los animales de investigación los desafíos mentales y físicos que son necesarios para un desarrollo emocional saludable. Sin la variedad, los riesgos y las recompensas del día a día, y los entornos complejos, algunos han argumentado que los modelos animales son modelos irrelevantes de la experiencia humana.

Los ratones difieren de los humanos en varias propiedades inmunológicas: los ratones son más resistentes que los humanos a algunas toxinas; tienen una fracción total de neutrófilos más baja en la sangre, una capacidad enzimática de neutrófilos más baja, una actividad más baja del sistema del complemento y un conjunto diferente de pentraxinas involucradas en el proceso inflamatorio; y carecen de genes para componentes importantes del sistema inmunitario, como IL-8, IL-37, TLR10, ICAM-3, etc. Los ratones de laboratorio criados en condiciones libres de patógenos específicos (SPF) suelen tener un sistema inmunitario bastante inmaduro con un déficit de células T de memoria. Estos ratones pueden tener una diversidad limitada de la microbiota, lo que afecta directamente el sistema inmunológico y el desarrollo de condiciones patológicas. Además, las infecciones virales persistentes (por ejemplo, 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, las cepas de ratones consanguíneos se utilizan en la gran mayoría de los estudios, mientras que la población humana es heterogénea, lo que indica la importancia de los estudios en ratones híbridos entre cepas, exogámicos y no lineales.

Sesgo no deseado

Algunos estudios sugieren que los datos publicados inadecuados en las pruebas con animales pueden dar como resultado una investigación irreproducible, con detalles faltantes sobre cómo se realizan los experimentos omitidos en los artículos publicados o diferencias en las pruebas que pueden introducir sesgos. Los ejemplos de sesgos ocultos incluyen un estudio de 2014 de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, que sugiere que los ratones manejados por hombres en lugar de mujeres mostraron niveles más altos de estrés. Otro estudio en 2016 sugirió que los microbiomas intestinales en ratones pueden tener un impacto en la investigación científica.

Alternativas

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, brindan 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 dilucidar nuevos mecanismos para comprender el cáncer y la regeneración celular. Los estudios de imágenes (como resonancias magnéticas o tomografías 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 el objetivo de terapias.

Muchos investigadores biomédicos argumentan que no hay sustituto para un organismo vivo cuando estudian interacciones complejas en patologías o tratamientos de enfermedades.

Ética

El debate sobre el uso ético de animales en la investigación se remonta al menos a 1822, cuando el parlamento británico, bajo la presión de intelectuales británicos e indios, promulgó la primera ley de protección animal que previene la crueldad hacia el ganado. A esto le siguió la Ley de crueldad hacia los animales de 1835 y 1849, que criminalizaba el maltrato, el exceso de conducción y la tortura de animales. En 1876, bajo la presión de la Sociedad Nacional contra la Vivisección, se enmendó la Ley de crueldad hacia los animales para incluir normas que rigen el uso de animales en la investigación. Esta nueva ley estipulaba que 1) los experimentos debían ser 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 sacrificarse tan pronto como termine 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 (consulte también la 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 de APHIS.

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 (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 que involucran animales vivos son revisados y aprobados por este comité. Además de probar el potencial de beneficio para la salud humana, la minimización del dolor y la angustia, y la eutanasia oportuna y humanitaria, los experimentadores deben justificar sus protocolos con base en los principios de Reemplazo, Reducción y Refinamiento.

"Reemplazo" se refiere a los esfuerzos para involucrar 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" (por ejemplo, animales de sangre fría, invertebrados) siempre que sea posible.

"Reducción" se refiere a los esfuerzos para minimizar el número de animales utilizados durante el transcurso de un experimento, así como 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.

"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.