Test alternativi all’uso animale: quale futuro?

aperturaL’utilizzo di animali nella ricerca farmaceutica è sceso del 40% dal 2005 al 2011. L’uso degli animali nella ricerca è crollato del 40% nel periodo 2005-2011, a parità di investimenti. Ci sono due motivi principali, il primo è che si è dimostrato che gli esperimenti sugli animali non sono predittivi e il 95% dei farmaci falliscono le prove cliniche sull’uomo, in secondo luogo vi è sempre più disponibilità di nuove tecnologie. Lo sviluppo di un farmaco oggi è basato sulla comprensione dell’effetto a livello molecolare di una possibile malattia, piuttosto che nell’osservazione della sopravvivenza di un ratto alla malattia indotta artificialmente. I metodi alternativi sono spesso basati su materiale di origine umana e permettono lo studio di molte molecole simultaneamente. Ne abbiamo discusso con Thomas Hartung, Professore alla Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health di Baltimora e direttore del Center for Alternatives to Animal Testing.

Professor Hartung, quali sono i metodi utilizzati al momento nella ricerca?
L’industria farmaceutica usa le tecnologie più avanzate tutte le volte che c’è un vantaggio competitivo. In questo momento, per esempio, si sfruttano le nuove culture cellulari che riproducono organi in miniatura in grado di rappresentare la struttura e le funzione dell’organo umano vero. Questo è lontano anni luce dalla semplice cultura cellulare in una piastra di Petri. Inoltre è possibile applicare sistemi robotizzati per analisi automatiche di un gran numero di sostanze, e questo è il motivo per cui la bio-informatica diventa sempre più importante. Bisogna però considerare che alcune tecnologie sono all’avanguardia per alcune applicazioni mentre considerate routine o addirittura obsolete in altri settori di ricerca. All’inizio c’è sempre entusiasmo e il settore farmaceutico è il primo a illudersi di ottenere risultati sconvolgenti dalle nuove tecnologie emergenti. Poi ci sono i fallimenti e le delusioni e solo quando si ha un approccio più realistico e guidato da rigorose procedure di qualità e validazione si arriva a un utilizzo più serio. Un esempio è la genomica. All’inizio si pensava che con poche mappature geniche si sarebbe arrivati a capire la completa azione biologica di un farmaco. Poi ci si è accorti che le mappe geniche rappresentavano il punto di vista del ricercatore, piuttosto che quello del farmaco testato. Ci sono voluti 10 anni di controllo della qualità per rendere questa tecnologia affidabile e ora ci sono i primi risultati seri.

Quale sarà il futuro sviluppo di metodi alternativi?
Vedo tre tendenze principali: una migliore cultura cellulare, come i mini-organi, un maggior incremento all’uso di metodi computazionali basati su database condivisi e l’utilizzo integrato di tutte queste tecnologie. Non è possibile pensare che un unico metodo dia tutte le risposte a un problema. L’integrazione intelligente dei test cellulari con i metodi computazionali è molto promettente. Per esempio, alcuni test sono molto validi in fase di screening perché hanno una sensibilità elevata e quindi non perdono sostanze potenzialmente attive, ma di conseguenza hanno parecchi falsi positivi. Quindi ci vuole in un secondo tempo un metodo più specifico, che discrimini i veri dai falsi positivi. In altri casi, può esserci la necessità di combinare un metodo in grado di evidenziare sostanze molto attive con un metodo più focalizzato su sostanze più debolmente attive. Siamo molto colpiti dalle nuove tecnologie di cultura cellulare, quella tradizionale spesso utilizza cellule tumorali coltivate in piastre di plastica, con una densità che rappresenta solo lo 0,1% rispetto alla densità delle cellule in un tessuto. Inoltre la maggior parte delle cellule tumorali ha un genoma drammaticamente rimescolato con migliaia di mutazioni, le perdita di geni, ecc. Ora, grazie alla scoperta nel 2007 della tecnica per riprogrammare cellule epiteliali adulte a dare cellule staminali, è possibile sviluppare qualunque tessuto umano di alta qualità e senza nessun problema etico collegato all’uso di cellule staminali di origine embrionale. In combinazione con la bioingegneria, siamo in grado di produrre mini-organi con la medesima fisiologia dell’organo da studiare: abbiamo un mini-cuore che batte, un mini-fegato che metabolizza, un mini-cervello che comunica con segnali elettrici e neurotrasmettitori, ecc. Possiamo addirittura stampare tali organi con varianti della tecnologia a getto d’inchiostro. L’ultimo sviluppo è la combinazione di parecchi mini-organi per produrre uno human-on-a-chip. Negli Stati Uniti, ci sono due progetti per combinare dieci mini-organi e farli lavorare per un mese. Anche il sogno di utilizzare approcci basati su computer è avanzando enormemente. Proviamo a immaginare di disegnare la struttura di una molecola, premere un pulsante e ottenere alcune informazioni sulle proprietà della stessa. Abbiamo però dovuto imparare quanto sia difficile e che prima di tutto è necessario disporre di grandi database. Stiamo entrando nell’era dei big-data dove è possibile dare un significato a tutte le informazioni già note. In passato si diceva: spazzatura dentro, spazzatura fuori per indicare che rielaborazioni basate su dati contenenti alcune indicazioni false erano per forza poco affidabili. Ora, lavorando con enormi quantità di dati, è possibile discernere in automatico e ottenere ciò che serve attraverso controlli incrociati, proprio come dovrebbe fare un utente responsabile con le informazioni ricavate dalla rete.

Thomas Hartung.

Thomas Hartung.

Durante la conferenza, EFSA-EXPO 2015 lei ha parlato delle frontiere e delle sfide future della tossicologia, le può spiegare?
La più grande sfida è quella di liberarsi delle vecchie idee. È importante capire i limiti dei nostri test attuali. Difendere i test sugli animali di per sé è controproducente, dobbiamo essere onesti su ciò che possono e non possono dare. Questo permette di integrare le nuove tecnologie con i test tradizionali e, infine, sostituirli ove possibile.
La seconda sfida è la mancanza di coordinamento nella ricerca, soprattutto in Europa. I fondi ci sono, ma vengono assegnati a una miriade di progetti slegati tra loro. Abbiamo bisogno di un ente centrale di coordinamento, soprattutto nel settori della tossicologia e farmacologia dove è concentrato il 90% del lavoro sui metodi alternativi. Non possiamo sperare che centinaia di gruppi accademici forniscano i tasselli del puzzle per un nuovo approccio normativo. Molti ricercatori universitari ignorano persino le esigenze di questo settore. Che cos’è necessario affinché una sostanza sia impiegata nei vari prodotti? L’enorme responsabilità di fronte a metodi con un enorme grado di incertezza! Forse questo è il motivo per cui molti colleghi evitano di parlare dell’incertezza dei test sugli animali: renderebbero gli enti regolatori ancora più titubanti nel dare le autorizzazioni. Questo è il motivo per cui abbiamo bisogno di un approccio critico unito allo sviluppo di tecniche di alta qualità, senza forzare a tutti i costi modelli zoppi attualmente in uso. Una soluzione potrebbe essere la creazione di un European Safety Sciences Institute, per coordinare lo sviluppo e l’applicazione dei nuovi approcci per la valutazione della sicurezza.
Interessi di ricerca
CAAT è un piccolo gruppo di ricerca inserito in una grande rete, con l’ambizione di dimostrare che ciò che sostengono è effettivamente possibile. È stato appena messo a punto un mini-cervello partendo da cellule staminali adulte, un bel esempio di mini-organo. Inoltre spingono verso l’utilizzo di strategie integrate di test, per esempio per la valutazione di allergeni. Hanno anche iniziato con il progetto Human Toxome, a catalogare i modi in cui le sostanze chimiche agiscono nelle cellule per produrre effetti tossici. Non da ultimo, insistono moltissimo su procedure di qualità da applicare in tutte queste tecnologie.

Human Toxome Project
Come primo passo verso la mappatura del toxoma umano, si è partiti dal proposito di effettuare una mappatura completa dei percorsi di alterazioni del sistema endocrino. Si cerca di comprendere come i geni, le proteine e molecole più piccole interagiscono in percorsi biochimici normali durante la regolare attività delle cellule, applicando le cosiddette tecnologie «omiche» (come la trascrittomica, la protomica e la metabolomica) per poi mappare e annotare i percorsi alterati di tossicità provocati da una serie definita di interferenti endocrini.

di Marco Colombini

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