Alternativas al uso de animales de laboratorio en la investigación

Ángel Francisco Flores Alcantar

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La experimentación con animales en beneficio de la humanidad se remonta al siglo XVIII, uno de los mayores aportes fue hecho por el médico y científico inglés Edward Jenner, conocido por su trabajo pionero en el desarrollo de la cura contra la viruela, una enfermedad altamente contagiosa y mortal de la época. Su experimento consistió en tomar pústulas de una enfermedad relacionada llamada viruela bovina (proveniente de las vacas) para inocular a un joven llamado James Phipps.

Posteriormente, Jenner expuso a Phipps al virus de la viruela humana y observó que no desarrolló la enfermedad. Este experimento condujo al desarrollo de la primera vacuna (palabra acuñada en honor a las vacas), Jenner demostró que la exposición controlada a una versión más leve de la enfermedad (en este caso, viruela bovina) proporcionaba protección contra la viruela humana.

La introducción de la vacuna contra la viruela marcó un hito histórico en la medicina y la salud pública, y se considera uno de los primeros éxitos significativos derivados de la investigación y experimentación con animales. Este trabajo sentó las bases para el uso de modelos animales en la investigación de enfermedades y el desarrollo de intervenciones médicas que han tenido un impacto positivo en la salud humana proporcionando una mejor calidad y un aumento significativo esperanza de vida (Figura 1).

Sin embargo, actualmente el uso de animales en el ámbito de las ciencias es un tema complejo que ha generado preocupación por el bienestar animal. Esta práctica incluye peces, anfibios, roedores, felinos, caninos, reptiles, primates no humanos, entre otros y se han utilizado en una amplia gama de disciplinas, como la medicina, la toxicología, la biología, la psicología, etc. Aunque se ha progresado en términos de regulaciones y prácticas más éticas, aún existen desafíos y controversias asociadas a este tema, por lo que, en el presente artículo exploraremos algunos elementos sobre esta práctica, incluyendo la posibilidad del empleo de modelos experimentales para reducir el uso de animales, sin detener el avance científico.

A mediados del siglo XX se incrementó el activismo a nivel mundial para evitar el dolor y el sufrimiento innecesario, antes, durante o después de la experimentación con seres vivos, con documentos como el Acta de Prevención de Crueldad Animal publicada por el gobierno hindú en 1960 (1). También se postuló una estrategia ética y científica fundamental en la experimentación con animales, denominado “las 3Rs”, que quiere decir "Reemplazar, Reducir y Refinar", cuyo objetivo es proporcionar un marco para promover el bienestar animal y mejorar la calidad y relevancia de los resultados de la investigación (2):

· Reemplazar: Desarrollar alternativas como el uso de cultivos celulares, modelos computacionales, tejidos humanos in vitro u otros sistemas que no involucren animales vivos. El objetivo es reducir al máximo la necesidad de utilizar seres vivos en la investigación.

· Reducir: Optimización del diseño experimental empleando grupos discretos de animales a través de métodos estadísticos más eficientes, mejor planificación experimental y técnicas que permitan obtener información relevante y precisa.

· Refinar: Mejorar los procedimientos y protocolos experimentales, lo que incluye la selección de métodos menos invasivos, uso de anestesia y analgésicos eficaces para reducción del dolor producido por los procedimientos efectuados, y la optimización de las condiciones de vida de los animales en los entornos de experimentación.

Las preocupaciones éticas y el reconocimiento de la importancia del bienestar animal por parte de la comunidad científica y las agencias reguladoras en muchos países han llevado a la implementación de regulaciones y directrices específicas que incluyen las 3Rs para garantizar su dignidad y minimizar su sufrimiento.

En México, secretarías, organizaciones y comités éticos se encargan de supervisar y evaluar los protocolos de investigación que involucran seres vivos. Buscan asegurar que los estudios cumplan con los estándares éticos y científicos, y minimizar cualquier impacto negativo en el bienestar de los animales. En particular, el Gobierno Federal a través de la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA), dicta los lineamientos para esta práctica por medio de la Norma Oficial Mexicana NOM-062-ZOO-1999 “Especificaciones técnicas para la producción, cuidado y uso de los animales de laboratorio”. En ella se enlistan los requerimientos y las necesidades que se deben cumplir para el mantenimiento y experimentación de varias especies animales en los espacios confinados, denominados “bioterios”.

Actualmente existen debates en relación con esta práctica técnica–científica. Algunos se enfocan en la validez de los resultados obtenidos en animales y la extrapolación al humano, ya que en casos particulares los resultados obtenidos en los modelos animales no siempre reflejan la sintomatología o respuesta del humano a fármacos, desarrollo y/o control de una enfermedad. Un ejemplo de ello son los modelos para entender el dolor y su combate a través de analgésicos; es decir, el dolor es un padecimiento complejo que involucra sensaciones psicoemocionales y fisiológicas, sin embargo, en modelos animales solo se pueden extrapolar las respuestas fisiológicas, sin tener un claro efecto en la parte emocional, que no puede ser medido en animales.

Por ello es importante explorar y utilizar -en mayor medida- las alternativas a la experimentación animal. De acuerdo con diferentes autores, las alternativas de reemplazo se refieren a los procedimientos en los cuales se puede evitar o sustituir el uso de animales, entre los que se incluyen:

· Cultivos celulares: El cultivo celular emerge en el siglo pasado como una herramienta poderosa que posibilita la investigación sin depender del uso de animales. Su propósito fundamental consiste en mantener células de diferentes especies incluyendo casi todos los tipos del humano (pulmonares, cardíacas, musculares, cerebrales, intestinales, entre otras) en sistemas artificiales en condiciones estériles con un ambiente rigurosamente controlado, que abarca aspectos como la temperatura, la concentración de oxígeno, la humedad y la velocidad de crecimiento. Esta tecnología nos permite generar respuestas a preguntas de investigación de manera precisa y ética (Figura 2).

· Organoides, miniórganos y cultivo de tejido: Ciertas investigaciones demandan la evaluación de parámetros en un ecosistema celular más complejo, contenido en un órgano o tejido. Por ello se han desarrollado tecnologías que permiten el crecimiento celular en agregados o sobre estructuras en tres dimensiones, generando un organoide o miniórganos que se asemejan a órganos reales. También se han establecido innovaciones para mantener, por tiempos cortos, biopsias de tejidos dentro de una caja Petri, con las condiciones óptimas para la supervivencia y que pueden proporcionar información detallada sobre el funcionamiento y las respuestas a fármacos o condiciones de crecimiento adversas, con resultados confiables, sin necesidad de la experimentación con seres vivos (Figura 2).

· Modelos computacionales y simulaciones: Son herramientas computacionales que incluyen bases de datos y algoritmos específicos que permiten predecir la actividad biológica, toxicidad, propiedades fisicoquímicas y efectos de sustancias en organismos y su interacción con el medio ambiente. Un ejemplo es el modelo PBK (Fisiología Basada en Cinética; por sus siglas en inglés). Estos integran información sobre la cinética de absorción, distribución, metabolismo y excreción de sustancias químicas en el cuerpo, lo que permite predecir su comportamiento y efectos en diferentes órganos y sistemas biológicos. Por lo tanto, beneficia a investigaciones en el desarrollo de fármacos, toxicología, seguridad de productos, predicción de propiedades químicas e investigación ambiental, al ofrecer herramientas predictivas y complementarias que agilizan la toma de decisiones y disminuyen la necesidad de pruebas en animales.

· Microfluidos y chips de órganos: Son dispositivos de cultivo celular que imitan la fisiología a nivel de tejidos y órganos a través de la comunicación entre diferentes tipos celulares cultivados en cámaras independientes conectadas por micro canales, que imitan un modelo matemático de farmacocinética (PK), permitiendo una representación más precisa de la biología humana. Ya que estos sistemas en micro fluidos pueden simular condiciones físicas relevantes para el funcionamiento de los órganos, se puede estudiar cómo responden a diferentes estímulos, por ejemplo, investigar el impacto de sustancias químicas, medicamentos o factores ambientales en la función o la respuesta inmune de los órganos (Figura 3).

Las alternativas desarrolladas no solo representan avances tecnológicos, sino también un cambio paradigmático hacia prácticas éticas en la investigación biomédica. Estas alternativas no solo responden a preocupaciones éticas relacionadas con el bienestar animal, sino que también ofrecen ventajas científicas y prácticas en diversos campos.

El énfasis en las 3Rs (Reemplazar, Reducir, Refinar) y la implementación de regulaciones destacan el compromiso de la comunidad científica para abordar preocupaciones éticas asociadas con la experimentación animal. Cada alternativa representa un paradigma diferente para responder preguntas de investigación que implementa las 3Rs. Sin embargo, es importante destacar que, a pesar del desarrollo científico y tecnológico, algunos proyectos deben seguir realizando experimentos con modelos animales. Por ello, es importante tener en cuenta las directrices morales y políticas que cada proyecto debe seguir en beneficio del cuidado y dignidad de los animales, sin descuidar el avance científico en beneficio de la humanidad.

El Instituto de Biotecnología se ha preocupado, desde su creación, por estructurar políticas e infraestructura que garantice el bienestar animal a través de su Comité de Bioética, su bioterio y personal altamente capacitado, así como el refinamiento de procesos y proyectos de investigación con el fin de reducir el uso de seres vivos con el objetivo de generar conocimiento, respetando la regla de las 3Rs.

REFERENCIAS

1. Sharren, A. (2019). Prevention of Cruelty to Animals Act, 1960. Supremo Amicus, 12, 92. https://www.animallaw.info/statute/cruelty-prevention-cruelty-animals-act-1960
2. Russell, W. M. S., & Burch, R. L. (1959). The Principles of Humane Experimental Technique. Methuen & Co. DOI: 10.5694/j.1326-5377.1960.tb73127.x
3. Ruiz de Elvira, M. (10 de noviembre de 2020). ¿Puede un cerebro en miniatura creado en laboratorio tener consciencia? Público. En: https://www.publico.es/ciencias/cerebro-cerebro-miniatura-creado-laboratorio-consciencia.html
4. LabClinics (26 de octubre de 2020). Células primarias humanas y líneas celulares inmortales: diferencias y ventajas. LabClinics. En: https://www.labclinics.com/2020/10/26/celulas-primarias-humanas-y-lineas-celulares-inmortales-diferencias-y-ventajas/
5. García F. (9 de febrero de 2018). Un paso adelante en la bioingeniería para la obtención de tejido digestivo y hepático. Amhigo. En: https://amhigo.com/actualidades/ultimas-noticias/54-prevencion-e-higado-en-el-mundo/762-un-paso-adelante-en-la-bioingenieria-para-la-obtencion-de-tejido-digestivo-y-hepatico?fbcommentid=1409239905853207_1417592625017935
6. Moradi, E., Jalili-Firoozinezhad, S., & Solati-Hashjin, M. (2020). Microfluidic organ-on-a-chip models of human liver tissue. Acta biomaterialia, 116, 67-83. DOI: 10.1016/j.actbio.2020.08.041

LECTURAS RECOMENDADAS

1. 1. Llorente, C. (13 de enero de 2016). Un monumento al ratón de laboratorio. MY CMS. En: https://divulga.ibecbarcelona.eu/un-monumento-al-raton-de-laboratorio/
2. 2. Vinardell, M. (2021). ¿Existen alternativas a los experimentos con animales? Rev Bio y Der. 51:81-97. En: https://revistes.ub.edu/index.php/RBD/article/view/30844/33176
3. 3. Bermúdez F. y Montalvo A. (22 de junio de 2022). ¿Por qué es todavía necesaria la investigación con modelos animales en diabetes? Revista Diabetes. En: https://www.revistadiabetes.org/investigacion/por-que-es-todavia-necesaria-la-investigacion-con-modelos-animales-en-diabetes/

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