Может ли биотехнология уменьшить испытания на животных в медицине?

Тестирование на животных имеет решающее значение для измерения эффективности и безопасности новых методов лечения. Также, это шаг, которого хотелось бы избежать по экономическим, нормативным и этическим причинам. Но каковы альтернативы, и могут ли они действительно уменьшить использование животных в разработке лекарств?

Прежде чем разработчики лекарств разрешат лечение, приближенное к тестированию на людях, им необходимо доказательство того, что оно может быть безопасным и эффективным. Исторически это было сделано путем тестирования препарата на живых животных ( in vivo ), а недавно – в клетках или тканях человека в чашке (in vitro).

В целом, тестирование in vitro обходится дешевле и быстрее, чем in vivo, но считается, что тестирование на животных, чаще всего на мышах, дает лучшую картину того, как лечение ведет себя в живом организме. В то время как прогностическая ценность моделей на животных действительно варьируется в зависимости от рассматриваемых заболеваний и методов лечения, компания всегда должна показывать, что ее лечение является безопасным и эффективным на моделях на животных, чтобы преодолеть нормативные препятствия.

Помимо разработки традиционных лекарств, биопечать тканей может также обеспечить возможность персонализированной медицины. Одним из примеров этого является сотрудничество между шведской компанией Cellink и французской биотехнологией CTIBiotech для биопечати опухолевой ткани, полученной от больных раком, для проверки того, какое конкретное лекарство поможет каждому пациенту наилучшим образом. 

Тем не менее, биопечать ткани все еще находится на очень ранней стадии. «В настоящее время нет исследований, которые сравнивали бы модели животных с моделями с биопечатью», – сказал мне Фурнье. «Мы уверены, что в течение следующих 10 лет технологии биопечати предложат альтернативы, более близкие к тканям человеческого организма, а также более этичные, ответственные и доступные по сравнению с моделями животных. Нам всем есть что выиграть, сменив наши модели».

Органоиды

В то время как клеточные культуры являются испытанными и проверенными методами скрининга лекарств, поведение человеческих клеток в чашке не обязательно означает их поведение в организме. Одной альтернативой могут быть миниатюрные органы, называемые органоидами. Эти трехмерные органоиды выращиваются с использованием стволовых клеток, которые при правильном сочетании питательных веществ и процедур могут стать органом выбора.

Как и в случае с биопечатью, исследования органоидов все еще находятся на ранних стадиях, но есть несколько компаний, разрабатывающих эту технологию. Например, Sun Bioscience в Швейцарии использует органоиды для моделирования кишечника и изучения влияния генетического состояния на муковисцидоз. В Нидерландах OcellO разрабатывает органоиды для моделирования различных типов рака.

«Рак ободочной и прямой кишки является самой передовой областью органоидов с научной точки зрения», – сказал Лео Прайс, генеральный директор OcellO. «Развитие все еще должно происходить в области иммуноонкологии, иммунологии, нейродегенерации, диабета, ожирения и фиброза – во всех областях, где архитектура тканей будет иметь решающее значение. Простые культуры клеток на пластике не собираются его разрезать.»

Существует также активное научное сообщество, занимающееся разработкой органоидов, по крайней мере, две группы, моделирующие плаценту , и даже усилия по разработке органоидов мозга для моделирования неврологических заболеваний.

Как и биопечать, органоиды могут найти широкое применение в продвинутых испытаниях in vitro на ранних стадиях разработки лекарств и даже в персонализированной медицине. По словам Прайса, первые стадии доклинических испытаний могут быть проведены на органоидах, и только у животного требуется только окончательная проверка.

Один из недостатков органоидов состоит в том, что все еще трудно надежно производить их в промышленных масштабах. Другое – это то, что в настоящее время сложно включить в органоид разнообразный набор типов клеток, что можно найти в реальных органах. Есть работа, чтобы преодолеть это, но впереди еще долгий путь.

Орган-на-чипе

Технология Organ-on-a-chip состоит из выращивания клеток внутри крошечных чипсов, которые имитируют структуру и поведение человеческих органов. Из-за небольшого размера чипсов исследователи могут тестировать лекарства быстрее и дешевле, чем на животных.   

«Полю “Орган на чипе “всего шесть или семь лет”, – сказал Йос Джур, генеральный директор голландской компании “Орган на чипе” Mimetas. «На его плечах лежит огромное обещание, и на самом деле он разрабатывает хорошие прогностические модели заболеваний.»

Эти органы на кристалле используются для моделирования всех видов органов, включая печень, почки, кишечник, сердце и даже мозг. Затем чипы могут быть соединены друг с другом, чтобы смоделировать, как лекарство воздействует на различные органы, когда оно проходит через кровоток. Это то, что британская компания CN Bio делает с системой, которая включает 10 органов на одном чипе .

Тем не менее, Джур считает, что эта система не может полностью заменить испытания на животных. На самом деле, смешивание слишком большого количества органов на чипе может упустить основную силу технологии, которая делает простые и быстрые модели заболеваний в тканях человека легкими и быстрыми.

«Когда вы начинаете соединять эти ткани, сложность возрастает экспоненциально», – сказал он мне. «Я даже не хочу думать о соединении десяти тканей, потому что в конце пути вы превращаетесь, я бы сказал, в монстра Франкенштейна, которого вы уже не можете контролировать.»

Будущее испытаний на животных в исследованиях

Биопечать, органоиды и органы на чипе – все это технологии ранней стадии, которые могут помочь в исследованиях in vitro лучше предсказать эффекты, которые лекарство окажет на людей. Хотя они представляют собой значительное улучшение по сравнению с традиционными клеточными культурами в процессе разработки лекарственного средства, они все еще ограничены в отношении прогнозирования поведения лекарственного средства. Это означает, что, хотя эти технологии могут сократить тестирование на животных, животных, вероятно, все еще будут использовать для подтверждения результатов перед тестированием на людях. 

Тем не менее, одна большая проблема остается с исследованиями на животных, которые заключаются в том, что испытания на животных не представляют человеческих пациентов совершенно. Это особенно относится к нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера , где многие лекарства не прошли клинические испытания после того, как показали многообещающие результаты испытаний на животных.

«Животные модели, в общем, не очень предсказуемы», – отметил Джур. «Если бы модели на животных работали безупречно, у вас не было бы 90% истощения, когда вы начнете проводить клинические испытания.»

Крис Маги, руководитель отдела по связям со СМИ и по связям с общественностью организации «Понимание исследований животных», сказал мне, что модели на животных действительно хороши для прогнозирования безопасности лекарств. Однако они, как правило, менее предсказуемы в отношении эффективности лекарств, часто из-за того, что эксперименты были перепроданы или плохо спланированы в прошлом.

Это улучшилось за эти годы, хотя. «Ученые знают, что мыши – это не крошечные люди», – прокомментировал Маги. «В последние годы на основе исследований на животных также наблюдалась меньшая тенденция переоценивать.»

Итак, может ли биотехнология сократить испытания на животных в медицине? В ближайшем будущем, кажется, модели животных здесь, чтобы остаться. Но их использование должно значительно уменьшиться как из-за появления новых методов, так и из-за лучшего экспериментального дизайна. По мере того как мы сокращаем испытания на животных,  разработка лекарств становится дешевле, быстрее и этичнее, поэтому каждый становится победителем.