La ricerca sperimentale e la tutela dell’animale da laboratorio: un accenno ai metodi alternativi

I principi cardine di un utilizzo più rispettoso degli animali senzienti utilizzati per scopi sperimentali sono racchiusi nella regola delle 3 R: Replacement, Reduction e Refinement.
I primi ad introdurre il concetto delle 3 R furono Russell e Burch , due accademici britannici che nel 1959 pubblicarono il noto testo “The principles of Human Experimental Technique” nel quale proposero un utilizzo più degno degli animali impiegati nella ricerca scientifica tramite la sostituzione degli stessi con metodi alternativi, la riduzione del numero di animali impiegati e la raffinazione o perfezionamento nelle tecniche di conduzione dell’esperimento, così da evitare loro il più possibile dolore e sofferenza durante i processi sperimentali.

Nonostante lo scetticismo con cui fu inizialmente accolto l’essenziale concetto etico, con il passare degli anni l’opinione pubblica cominciò a mutare e a dare più rilevanza al rispetto e al benessere dell’animale utilizzato in fase sperimentale, arrivando addirittura ad un punto di incontro tra i ricercatori che avevano sempre sostenuto l’uso di animali nella ricerca scientifica e quelli che, fino a quel momento, avevano perorato la causa contraria, tanto che nel 1990 la Human Society degli Stati Uniti riconobbe e premiò gli scienziati che nel corso degli anni precedenti avevano contribuito al progresso di metodi alternativi nella ricerca sperimentale.

I Metodi alternativi

Il metodo delle 3R risulta essere ampliamente applicabile in ambito di riduzione della quantità di animali utilizzati in un esperimento scientifico e soprattutto in ambito di perfezionamento delle tecniche sperimentali per limitare o eliminare lo stress, il dolore o la sofferenza. Nonostante i miglioramenti compiuti come risultato di attenzione ai principi stipulati nel testo di Russel e Burch, però, esistono ancora problematiche nell’applicazione della prima regola, ovvero quella propone il totale rimpiazzo del modello animale in fase sperimentale tramite l’utilizzo di metodi alternativi.

Ad eccezione del divieto in Unione Europea sulla sperimentazione animale in ambito cosmetico (già presente dal 2004 con la direttiva 2003/15/CE e successivamente stipulato a Bruxelles nel 2013 tramite la direttiva 76/768/CEE con successiva interdizione nel 2009 della vendita di cosmetici testati su esseri senzienti) il modello animale non è ancora del tutto sostituibile nel campo della ricerca oncologica, immunologica e farmaceutica poiché risulta essere indispensabile, anche dal punto di vista legislativo, valutare in fase sperimentale la reazione che può avere una terapia mirata in un organismo biologicamente complesso, dato quindi dall’interazione di più cellule con conseguente comunicazione autocrina o paracrina, coinvolgimento di ormoni con specifica comunicazione endocrina e risposta degli organi che costituiscono il modello in vivo.

Risultano essere invece largamente utilizzati i metodi alternativi che promuovono la riduzione del numero di animali impiegati nel campo della ricerca sperimentale. In questo ambito, giocano un ruolo fondamentale i metodi in silico (dry lab) basati sull’utilizzo di software informatici capaci di stabilire gli effetti e le proprietà tossicologiche di una sostanza analizzata tramite metodi statistici e i metodi in vitro, ovvero l’uso di cellule specifiche per lo studio in ambito di ricerca biomedica, molecolare, genetica, nutrigenetica etc. Le cellule estratte da un organo di interesse per la ricerca, quali per esempio rene, fegato o muscolo cardiaco, vengono mantenute in terreni di coltura in flasks o piastre Petri (Fig.1) tramite l’aiuto di numerosi protocolli sperimentali che permettono di incrementarne la crescita e assicurarne il mantenimento.

Fig. 1: flasks e Petri per colture cellulari (Fonte: www.biosigma.it)

Grazie a questi procedimenti si ottengono numerosi e importanti risultati inerenti al progetto di ricerca in corso, applicabili se positivi su un numero ridotto di animali. L’utilizzo del metodo in vitro pone vantaggi e limitazioni. I principali benefici sono l’utilizzo di un sistema semplificato altamente riproducibile con facile controllo dell’ambiente di crescita e rapidità nei risultati. Allo stesso tempo, questo sistema semplificato e isolato pone rilievo a diversi svantaggi in campo sperimentale quali la perdita di interazioni intracellulari tra diversi tipi di molecole come ormoni o altre unità biologiche che definiscono l’unicità di un organismo complesso con conseguente ottenimento di un risultato sperimentale parzialmente corretto. Per questo motivo, è essenziale ripetere la sperimentazione sui modelli animali adeguati allo studio di ricerca in corso. Inoltre, il terreno di coltura su cui le cellule vengono coltivate può interagire con la sostanza somministrata e comportare un’alterazione dei risultati.
Il metodo in vitro, grazie all’applicazione di colture primarie, secondarie o continue/immortalizzate risulta essere in ogni caso uno dei migliori approcci per studi di processi infettivi virali, citotossicità, anomalie genetiche e caratterizzazione di tumori.

Quali sono gli animali tutt’oggi usati in sperimentazione?

I procarioti sono storicamente e largamente utilizzati nella ricerca scientifica. Il batterio Escherichia coli, che da recenti notizie provenienti dall’Università di Harvard verrà forse presto sostituito dal batterio Vibrio natriegens, e il lievito Saccharomyces cerevisiae sono stati il fulcro di molteplici studi sperimentali ed hanno fornito una chiave alla comprensione di molti processi determinanti. Per quanto riguarda l’utilizzo di  modelli eucarioti in ricerca scientifica si può citare il nematode Caenorhabditis elegans, che ha rilevanza negli studi di processi apoptotici e nella biologia dello sviluppo, il moscerino Drosophila melanogaster, importante per studi di genetica molecolare, ed il pesce zebrato Danio rerio come modello essenziale in campo oncologico, immunologico e nella medicina rigenerativa.
L’utilizzo di animali quali Mus musculus, il comune topo, e Guinea pig, la piccola cavia che molte famiglie tengono in appartamento come animali d’affezione, è ancora oggi ampiamente discusso e crea diverbi tra animalisti anti-vivisezionisti e ricercatori o favorevoli alla sperimentazione. I roditori, tutelati dalle leggi attualmente in atto che promuovono il benessere dell’animale da laboratorio appoggiandosi ai principi delle 3R, risultano essere indispensabili nella risposta di studi sperimentali farmacologici o oncologici essendo geneticamente molto simili all’uomo e avendo tassi metabolici e riproduttivi molto più veloci di esso.
In via parallela, non si esclude che tramite i progressi in ricerca scientifica si arriverà, in un futuro, a rimpiazzare totalmente il modello murino con l’avviamento di colture cellulari 3D che consentono un’interazione cellulare migliore e simile a quella di un organo biologicamente complesso.

 

 

Bibliografia:

Carrel A., Montrose T. Burrow, 1912. Cultivation of Tissues in vitro and its Technique. Journal of Experimental Medicine 13: 387-96.

Cook A., Robinson V., 2007. Overview of the National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research (NC3rs). Comparative Biochemistry and Physiology Part A 69-73.

Emerson M., 2010. Refinement, reduction and replacement approaches to in vivo cardiovascular research. British Journal of Pharmacology 1476-5381.

Hendriksen C., 2008. Replacement, reduction and refinement alternatives to animal use in vaccine potency measurement. Expert Reviews Vaccine 8(3) 313-322.

Nuno F., 2013. Animal Experiments in Biomedical Research: A Historical Perspective. Animals 3(1): 238-273

Phelan M. C., 2007. Basic Techniques in Mammalian Cell Tissue Culture. Molecular Pathology Laboratory Network 36: 1.1.1-1.1.18.

 

Sitografia:

http://europa.eu/rapid/press-release_IP-13-210_it.htm

http://www.salute.gov.it/portale/p5_1_2.jsp?lingua=italiano&id=193

 

Laure magistrale in Biotecnologie con corso di specializzazione in colture cellulari 3D.
Ho effettuato un tirocinio di 6 mesi presso l’Università Statale di Milano lavorando su colture cellulari renali, purificazione ed estrazione di DNA e RNA ed elettroforesi bidimensionale.

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Laure magistrale in Biotecnologie con corso di specializzazione in colture cellulari 3D. Ho effettuato un tirocinio di 6 mesi presso l'Università Statale di Milano lavorando su colture cellulari renali, purificazione ed estrazione di DNA e RNA ed elettroforesi bidimensionale.

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