Czy nadal potrzebujemy testów in vivo?
Sulfanilamid to lek o działaniu bakteriostatycznym, wstrzymującym wzrost i namnażanie się drobnoustrojów, skuteczny również w miejscowym leczeniu infekcji grzybiczych. W latach 30. był powszechnie stosowany w formie tabletek oraz proszku. W 1937 r. w Stanach Zjednoczonych opracowano nową, płynną, a więc wygodniejszą w użyciu jego postać. Niestety, okazało się, że preparat uszkadza nerki. Ponad 100 osób, w tym dzieci, zmarło po jego przyjęciu. Winna śmierci była nie sama substancja czynna, lecz jej rozpuszczalnik – glikol dietylenowy. Przed podaniem go pacjentom nie testowano szkodliwości na żadnym organizmie, dlatego nie wykryto zagrożenia. Od tamtej pory prawo wymaga sprawdzenia na zwierzętach bezpieczeństwa i skuteczności nowych leków.
Jednak w ostatnim czasie widać przejawy odwrotnego trendu. Unia Europejska od kilkunastu lat wymaga, by wszędzie, gdzie jest to możliwe, zastępować testy in vivo alternatywnymi metodami i planuje wsparcie dla badań udoskonalających rozwiązania niewykorzystujące zwierząt. W USA przełom nastąpił już w grudniu 2022 r., gdy prezydent Joe Biden podpisał ustawę łagodzącą dotychczasowe wymogi. Producenci nowego leku nie muszą już wykonywać testów na zwierzętach, jeśli uda im się w inny sposób dowieść bezpieczeństwa i skuteczności preparatu.
Etyka i moralność
Nie ma takiej osoby, która nigdy nie przyjęła lekarstwa testowanego wcześniej na zwierzętach. A jednak pytania o zasadność stosowania tego rozwiązania wciąż powracają. Na pierwszy plan zwykle wysuwają się dylematy etyczne. Dr Clair Linzey, zastępczyni dyrektora Oxford Centre for Animal Ethics, uważa, że takie testy bazują na przekonaniu, że zwierzęta są mniej ważne, podrzędne względem ludzi. Jako takie mają być warte poświęcenia dla „większego” dobra – zdrowia lub życia ludzkiego. „Takie założenia są moralnie nieakceptowalne” – twierdzi Michelle Thew, dyrektorka Cruelty Free International, czyli brytyjskiej grupy zajmującej się ochroną i wspieraniem zwierząt. „W dodatku nie mają one uzasadnienia przyrodniczego” – zauważa Nedim Buyukmihci, doktor nauk weterynaryjnych z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles. W sensie ekologicznym nie istnieją gatunki ważniejsze i mniej istotne.
Zwolennicy traktowania zwierząt jako istot podrzędnych przyznają człowiekowi rolę kogoś wyższego, bardziej świadomego, kierującego się namysłem i moralnością, a nie tylko instynktem. „Dlatego, jeśli nie chcemy sobie i zwierzętom przyznać równi praw, to powinniśmy wziąć odpowiedzialność za tę dysproporcję” – uważa dr Katherine Morris, filozofka z brytyjskiego Mansfield College. Rozpatrujmy więc swoją relację ze zwierzętami z perspektywy powinności, obowiązków, jakie wobec nich mamy. A dr Aysha Akhtar, neurolożka i specjalistka zdrowia publicznego, w przeszłości pracująca m.in. w amerykańskiej organizacji Food and Drug Administration (FDA), proponuje, abyśmy w rozważaniach na temat naszego postępowania ze zwierzętami odwrócili punkt widzenia. Nie pytajmy, czy zwierzęta powinny być poddawane eksperymentom, tylko czy to moralne ze strony człowieka, by zadawać ból i cierpienie istotom, które są od niego zależne – poleca badaczka.
Prawo i postęp
Podobne rozważania doprowadziły w ostatnich latach do znacznego ograniczenia liczby badań wykonywanych na zwierzętach. Na przykład testowanie kosmetyków na organizmach żywych w krajach Unii Europejskiej jest zabronione już od 2004 r. Pięć lat później zakaz ten rozszerzono również na składniki produktów kosmetycznych oraz na ich mieszaniny. Obecnie kosmetyków testowanych na zwierzętach nie wolno też sprowadzać na unijny rynek. Jednocześnie warto zauważyć, że producenci nie powinni takich etykiet umieszczać na opakowaniach, ponieważ nie mogą reklamować i przedstawiać jako atutu tego, co jest wymagane prawem.
Ale analizy leków czy środków biobójczych wciąż bazują na eksperymentach in vivo. Każdy ośrodek, który planuje testować substancję czy procedurę na organizmach żywych, musi otrzymać pozwolenie komisji etycznej. Nie dostanie go, jeśli nie przedstawi skrupulatnego planu: co dokładnie będzie się działo ze zwierzętami w czasie badań, na jaki poziom ewentualnego cierpienia lub dyskomfortu będą narażone, dlaczego planowane testy nie mogą zostać zastąpione metodami in vitro (np. hodowlami komórkowymi na szalkach lub w probówkach), co stanie się ze zwierzętami po zakończeniu doświadczeń itp. Los każdego zwierzęcia jest bardzo skrupulatnie monitorowany. Należy zapewnić mu możliwie wysoki dobrostan. Regulacje dotyczące zwierząt laboratoryjnych są znacznie bardziej restrykcyjne niż np. te dotyczące gatunków utrzymywanych w celach spożywczych.
Dodatkowo, ośrodki prowadzące testy na terenie Unii muszą przestrzegać zasady 3R: zastępowania (replacement), redukowania (reduction) i doskonalenia (refinement) procedur angażujących zwierzęta laboratoryjne. Tam gdzie tylko jest to możliwe, należy zastępować eksperymenty prowadzone na żywych organizmach badaniami wykorzystującymi ich zamienniki. Jeśli jest to niewykonalne, należy minimalizować liczbę zwierząt poddanych eksperymentom. I wreszcie: stosowane metody muszą być udoskonalane tak, by minimalizować cierpienie.
W lipcu 2023 r. Komisja Europejska opublikowała komunikat prasowy, w którym po raz kolejny podkreśliła, że będzie wspierać działania zmierzające do dalszego eliminowania obecności zwierząt w testach – choćby poprzez finansowanie badań rozwijających alternatywne metody eksperymentalne. Niestety wiele unijnych regulacji i dążeń do zmian istnieje głównie na papierze. Komisje etyczne przestrzegają zaleceń, ale ich ocena jest w dużej mierze subiektywna. Poza tym to, czy wnioskodawca spełni kryteria i otrzyma pozwolenie na wykonanie eksperymentu, zależy wyłącznie od przedstawionej dokumentacji, a nie od realnej kontroli przeprowadzanej na miejscu.
W informacji z lipca 2023 r. Komisja Europejska podawała, że Unia pełni „wiodącą rolę w porzucaniu testów prowadzonych na żywych organizmach”. A jednak w krajach członkowskich wykorzystuje się rocznie ok. 8 mln zwierząt (w USA jest to, zależnie od źródła statystyk i przyjętych kryteriów: od 12 do 100 mln rocznie). Ta wciąż bardzo duża liczba wynika przede wszystkim z tego, że badania in vivo często uznaje się za najbardziej wiarygodne. Czy słusznie?
Klasyczne badania in vitro nie odzwierciedlają skomplikowanych procesów, jakie zachodzą w żywym, złożonym, wieloukładowym organizmie. Na przykład pH (kwasowość) żołądka wynosi ok. 2, a krwi – 7,4. W każdym z tych środowisk substancja czynna będzie reagowała inaczej.
Organizm ma też wiele szlaków metabolicznych, dystrybucyjnych, kinetycznych, które decydują o tym, co się stanie z daną substancją po przyjęciu jej taką lub inną drogą. Na przykład amoksycylina z łatwością dotrze do układu oddechowego, nawet jeśli przyjmie się ten lek drogą doustną, dlatego może być stosowana w schorzeniach płuc i oskrzeli. Ale ten antybiotyk nie osiągnie wystarczającego stężenia w płynie mózgowo-rdzeniowym (nie wyleczy np. zapalenia opon mózgowych). Takich zależności nie da się skutecznie badać na prostej hodowli komórkowej.
Problem w tym, że wnioski wyciągane z testów in vivo są również bardzo niedoskonałe. Po pierwsze, odczyty wykonywane w nienaturalnych, stresujących warunkach nie są wiarygodne. Po drugie, zwierzęta to nie miniaturowi ludzie. Mają inną budowę ciała, inny metabolizm, mikrobiom, długość życia, a nawet skłonność do zapadania na poszczególne choroby. Teobromina (składnik czekolady) dla psa może być śmiertelna. Paracetamol działa toksycznie na kota. Etanol jest trucizną dla większości zwierząt, w tym ludzi, ale muszki owocowe (często wykorzystywane w badaniach) bez problemu metabolizują go w ogromnych dawkach i korzystają z niego jako ze źródła energii.
Skuteczność i koszty
Wyniki uzyskiwane na zwierzętach tak niedoskonale przekładają się na zastosowania w ludzkiej medycynie, że niektórzy badacze porównują ich skuteczność ze zdarzeniami losowymi. Na przykład w 2007 r. na łamach „British Medical Journal” (BMJ) ukazała się praca, z której wynika, że kliniczna efektywność badań in vivo wynosi 50 proc. Z kolei dane udostępniane przez FDA wskazują, że ok. 90 proc. przedklinicznych kandydatów na leki nie przechodzi pomyślnie testów klinicznych. W przypadku potencjalnych remediów na choroby neurodegeneracyjne ten odsetek sięga niemal 100.
Ponadto im droższy jest proces odkrywania i badania jakiegoś leku, tym więcej trzeba będzie zapłacić za uzyskany w ten sposób preparat. Dlatego jedną z cech, jakich poszukuje się u zwierząt laboratoryjnych, są niewielkie koszty utrzymania. Stąd prym wiodą myszy i szczury. Nie dlatego, że są one najlepszymi organizmami modelowymi. Po prostu nie wymagają dużej przestrzeni, skomplikowanej diety, a do tego szybko się rozmnażają.
Tylko że utrzymywanie najtańszego nawet zwierzęcia generuje ogromne koszty, jeśli porówna się je do alternatyw takich jak hodowle komórkowe. Zwierzętom trzeba zapewnić odpowiednie warunki środowiskowe: temperaturę, wilgotność, naświetlenie, rytm dobowy. Żywe istoty należy karmić i zapewnić im opiekę medyczną, trzeba dbać o higienę ich otoczenia oraz sprzętu, który jest wykorzystywany do obsługi. Osobniki należy krzyżować zgodnie ze skrupulatnymi protokołami, tak, by cechy modelowe były podtrzymane, ale by pokrewieństwo między partnerami nie było zbyt duże. Do tych wszystkich czynności potrzebni są ludzie: wykwalifikowani pracownicy, którzy również generują koszty.
Jest i kontrargument: testy kliniczne z udziałem ludzi są jeszcze droższe, więc gdyby preparat został przedwcześnie podany pacjentom i okazał się nieskuteczny, procedurę trzeba by cofać do punktu startowego. Może więc lepiej wykryć błędy lub brak skuteczności na wcześniejszym etapie procedury – wtedy koszty wykonania kroku wstecz będą nieco mniejsze. Tylko że taki tok myślenia przedstawia pułapkę alternatywy: albo testowanie na zwierzętach, albo od razu na ludziach. W rzeczywistości istnieje więcej możliwości.
Jeszcze kilkanaście lat temu wiele obecnie stosowanych narzędzi badawczych pozostawało w sferze science fiction. Są nadal niedoskonałe, ale już dziś oferują realną alternatywę dla badań na zwierzętach. Tak zwane organy na chipach (ang. organ-on-a-chip, OOC) to urządzenia zbudowane z płytki, w której wydrążono miniaturowe kanały wyłożone żywymi komórkami danej tkanki (np. wątroby). Mikroprzepływowe podłoże pozwala naśladować wiele procesów, jakie zachodzą w żywym organizmie. Chociażby te związane z dystrybucją leków. Podobne możliwości oferują organoidy, czyli przestrzenne hodowle komórkowe, które zachowują się podobnie do narządu, który mają naśladować. Na przykład organoidy mózgowe pozwalają testować wpływ leków neurologicznych na przewodnictwo nerwowe, a nawet proste reakcje uczenia się i warunkowania.
Testowanie i okrucieństwo
Uczeni myślą też o tworzeniu tzw. cyfrowych bliźniaków. Kiedy pacjenci są poddawani testom klinicznym, skuteczność oraz bezpieczeństwo przyjmowanych przez nich leków oceniana jest na podstawie wielu parametrów klinicznych i biochemicznych. Dysponując odpowiednią ilością informacji, można by „nakarmić” nimi sztuczną inteligencję i dowiedzieć się, jakie będą efekty przyjęcia nowej substancji przez konkretną osobę. Cyfrowi bliźniacy nadal są bardziej konceptem niż działającym rozwiązaniem, jednak postęp związany z AI jest dynamiczny.
Planuje się również stworzenie alternatywnych metod testowania – nowych wariacji klasycznych rozwiązań. Na przykład we wrześniu 2023 r. na łamach czasopisma „Science” opisano badania poszukujące potencjalnych leków na bielactwo. Testy do tych badań przeprowadzono na miniaturowych fragmentach skóry ofiarowanej przez wolontariuszy. A dziś możliwe jest już nawet śródoperacyjne pobieranie niewielkich próbek narządów. Hodowane w odpowiednich warunkach, mogłyby wiarygodnie odzwierciedlać prawdziwe reakcje ustroju dawcy. Pewnym rozwiązaniem są też (prowadzone już, choć na niewielką skalę) tzw. testy kliniczne fazy 0. Polegają one na podawaniu testowanej substancji nie zwierzętom, lecz ludziom, ale w tak niewielkiej dawce, by nie wywołać efektu toksycznego. Celem może być np. ustalenie, czy substancja, która miałaby być lekiem, zachowuje się w ustroju człowieka tak, jak spodziewają się tego badacze (czy podlega odpowiedniej dystrybucji).
Nowoczesne narzędzia nie są idealne, mają jednak ogromny potencjał – ujawniający się choćby w projekcie prowadzonym obecnie w Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering. Dotyczy on skuteczności tzw. medycznych środków zaradczych stosowanych w chorobie popromiennej. Testy prowadzone są na OOC: na napromieniowanych tkankach płuca, jelita oraz szpiku kostnego nałożonych na mikroprzepływowe chipy.
Przykładów takich działań jest więcej. W październiku 2023 r. na łamach „Nature Communications” opublikowano wyniki badań dotyczących chorób nerwowo-mięśniowych. Dotychczas, by testować nowe metody leczenia, wykorzystywano myszy z analogicznymi dysfunkcjami. Teraz udało się stworzyć model tkankowy: zmodyfikowane genetycznie włókna mięśniowe, które pod wieloma względami okazały się lepsze od testów na zwierzętach (np. pozwalały na uzyskanie szybszych rezultatów).
Dziś nie można jeszcze całkowicie zrezygnować z testów in vivo, ale znaczna redukcja eksperymentów prowadzonych na organizmach żywych to dobry początek. Droga do przyszłości, w której w ogóle nie ma zwierząt laboratoryjnych, wiedzie tylko przez rzetelną, dobrze finansowaną i innowacyjnie prowadzoną naukę. Do przyszłości opatrzonej plakietką „cruelty-free”.