El modelo animal en las investigaciones biomédicas

El modelo animal en las investigaciones biomédicas
Dra. Silvia Hernández
Médica Veterinaria. Máster en Epidemiología
Encargada de la Dirección del Bioterio del Instituto de Higiene, Facultad de Medicina (UdelaR)
RESUMEN
El objetivo de este artículo es contribuir a difundir los principios éticos y las buenas prácticas de laboratorio que rigen
el manejo y uso de los animales de experimentación en las
investigaciones biomédicas. La investigación biomédica ha
contribuido al logro de importantes avances del conocimiento científico y médico. La ciencia de los animales de laboratorio ha alcanzado un alto nivel de desarrollo con el fin
de lograr un trato humanitario a los animales y mejorar la
calidad de las investigaciones. A pesar de contar con modelos
alternativos, existen pruebas para las cuales continúan siendo
insustituibles. El diseño de los experimentos que los utilizan
exige la definición detallada de las características genéticosanitarias y ambientales, así como una actitud ética y moral
frente al uso de seres vivos. Solo de esta manera se podrán
obtener en las investigaciones resultados válidos, confiables,
reproducibles y comparables.
Palabras clave: experimentación animal; animales de laboratorio; modelos animales; bienestar del animal; biomedicina; bioética.
SUMMARY
The objective of this article is to promote the ethical handling
and care of laboratory animals used for scientific testing. Laboratory animals have long contributed to the improvement
of medical and scientific knowledge. There is a humanitarian concern to develop scientific models of analysis that
minimize the use of laboratory animals, although, in some
researches the use of laboratory animals is still necessary.
The design of experiments that use these animals requires a
Correspondencia:
[email protected]
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detailed definition of the sanitary, genetic and environmental
characteristics, as well as moral and ethical while handling
laboratory animals. This is the only way to obtain valid, reliable, comparable and reproducible results.
Key words: animal experimentation; animals, laboratory;
models, animal; animal welfare; biomedicine; bioethics
INTRODUCCIÓN
El animal de laboratorio es una de las piezas fundamentales
en las ciencias biomédicas. Son usados como modelos para
investigar y comprender las causas, diagnóstico y tratamiento de enfermedades que afectan al humano y a los animales,
además de sus importantes aportes en la docencia biológica
y en el desarrollo, producción y control de medicamentos,
alimentos y otros insumos, donde en muchos casos hasta la
fecha son insustituibles (1,2).
El uso de los animales de laboratorio en las investigaciones
biomédicas representa un elemento fundamental en el desarrollo de importantes avances en la prevención y tratamiento
de las enfermedades transmisibles y no transmisibles. Basta
recordar las vacunas de la rabia, viruela, tétanos, difteria, tos
convulsa y poliomielitis; el desarrollo de diversos antibióticos, la insulina y el conocimiento de las bases genéticas de la
herencia. Los avances de la investigación en cáncer, cardiología, transplantes de órganos, Síndrome de inmunodeficiencia adquirida, enfermedad de Alzheimer, se deben también a
las contribuciones de los estudios realizados en animales de
laboratorio (2,3).
Estos animales son para el investigador un reactivo biológico, por lo que su pureza debe ser vigilada, controlada y
contrastada, al igual que cualquier reactivo, sin descuidar
su posible contaminación biótica. Por esta razón se requiere
la producción de animales “estandarizados o definidos” con
características genéticas y sanitarias definidas, criados en
ambientes controlados que respeten los requerimientos de la
especie, con el correcto cumplimiento de los principios éticos
y de bienestar animal (3).
BIOMEDICINA, 2006, 2 (3) - 252-256
ISSN: 1510-9747
En los países desarrollados, fundamentalmente, existe toda
una estructura en torno a los animales de laboratorio, tanto gubernamental como privada. A partir de 1940 se inició
la creación de una nueva especialidad dentro de la medicina veterinaria: “la ciencia de los animales de laboratorio”.
Esta ciencia se basa en investigaciones, normas, principios
y legislaciones. En Países como Estados Unidos, Canadá, la
Comunidad Económica Europea y Japón, existen legislaciones nacionales y/o institucionales que regulan el uso de los
animales de laboratorio como son: International Council for
Laboratory Animal Science (ICLAS); Canadian Council of
Animal Care (CCAC) y Federation of European Laboratory
Animal Science (FELASA), entre otras. Estas instituciones
han publicado guías con reconocimiento internacional donde
se detallan las normas y las recomendaciones generales para
el cuidado y uso de los animales en forma científica, técnica y
humanitariamente apropiada, así como sobre la planificación
y conducción de los experimentos con animales (4,6).
El eje central de estas regulaciones esta dado por la aplicación del Principio de las 3 R´s formulados por Russel y Burch, en Inglaterra en 1959 y por la constitución de comités
institucionales de cuidado y uso de animales de laboratorio
quienes tienen como misión evaluar los protocolos de investigación y asegurar que todos los procedimientos se realicen
acorde a las reglamentaciones vigentes (8,9).
El objetivo de esta publicación es contribuir a difundir los
principios éticos y las buenas prácticas de laboratorio que
rigen el uso de los animales de experimentación en las investigaciones biomédicas.
EL REACTIVO BIOLÓGICO
El Animal de laboratorio es “cualquier especie animal que
se mantiene bajo condiciones determinadas y se utiliza con
fines científicos” (2,5).
El reactivo biológico es un animal estandarizado, lo que significa que tiene una composición genético-sanitaria definida,
son criados y mantenidos en ambientes controlados que cumplen con los requerimientos específicos para cada especie, los
cuales garantizan, además el bienestar animal.
El estado sanitario de los animales de laboratorio esta determinado por un complejo multifactorial en el que interactúan:
además de la biología del animal, y el perfil genético, las
condiciones ambientales del alojamiento, así como las prácticas y manejo al que son sometidos estos animales y sus
insumos (2,4,7).
Es bien conocido que el estado sanitario de los animales in-
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terfiere en el resultado de las investigaciones y esta ligado a
la capacidad de respuesta. El uso de animales con un estado
de salud deficiente conduce irreversiblemente a la obtención
de resultados erróneos. En estos casos es necesario repetir las
pruebas siendo esto, motivo de aumento del costo de las mismas y además una irresponsabilidad desde el punto de vista
ético y moral porque estamos trabajando con seres vivos.
Con el fin de proveer a los investigadores de animales sanitariamente definidos, se han desarrollado animales libres de
gérmenes (axénicos); con flora bacteriana o vírica conocida
(gnotobióticos) y libres de gérmenes patógenos específicos
(SPF) (6,10,11).
Las líneas consanguíneas (cepas endocriadas o inbred strain)
son los animales genéticamente estandarizados. Son el resultado de 20 o más generaciones consecutivas de acoplamiento hermano x hermana (eventualmente, padre/madre x cría).
Estos animales se caracterizan por: tener genes iguales; perfil
genético propio; son estables por largos periodos de tiempo;
uniformes fenotípicamente; sensibles a cambios del ambiente y son de distribución mundial. La homogeneidad genética
de estos animales permite que la composición genética no
tenga que ser considerada como una variable confundente
en las investigaciones. Por lo que la variabilidad de los resultados de las investigaciones se pueden deber a factores
ambientales o metodológicos. Esto es lo que hace posible la
comparación de resultados experimentales entre animales de
diferentes laboratorios. La asociación de las características
fijadas en cada cepa, genera una individualidad en relación a
sus cualidades, particularidad que deberá tomarse en cuenta
en el momento de elegir el modelo para un trabajo de investigación (12,14).
Los animales exogámicos (out bred stocks) o stocks se han
utilizado ampliamente en la investigación biomédica. Las
poblaciones fundadoras deben ser lo suficientemente grandes
para asegurar la heterogeneidad de las colonias a largo plazo.
Estos animales son los que mejor representan la variabilidad
genética de una población humana, por eso son muy usados
en toxicología y farmacología. Hay que destacar que estos
animales no son definidos genéticamente por lo que, actualmente, su uso está cada vez más cuestionado. Se recomienda
que sean sustituidos por un conjunto de cepas consanguíneas
o por híbridos F1 de líneas bien distantes, obteniéndose de
esta forma un polimorfismo muy alto, cercano a las poblaciones humanas (7,14).
Las adecuadas condiciones de vida de los animales de laboratorio y las adecuadas prácticas de manejo a las que son sometidos les permiten crecer, madurar, reproducirse y mantener
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las características genéticas y sanitarias, así como asegurar el
bienestar animal (2,15).
El ambiente en el cual se mantienen los animales debe ser
el apropiado para cada especie, permitiendo el despliegue
completo de las conductas específicas y disminuir al mínimo
conductas inducidas por estrés (16,18).
El ambiente de los animales de laboratorio esta constituido
por el microambiente y el macroambiente. El macro ambiente o encierro secundario está constituido por la habitación:
tamaño, iluminación, temperatura, ventilación y humedad
relativa, ausencia de ruido y polvo, entre otros (2,4,6).
El microambiente constituye el encierro primario del animal,
determinado por el habitáculo o jaula y todo lo que en él se incorpora, como: lecho; agua; alimento, número de animales y
objetos de enriquecimiento. Sus componentes deben satisfacer las necesidades fisiológicas, de conducta y las interacciones sociales entre individuos de la misma especie, así como
el establecimiento de jerarquías dentro del encierro (4,6).
La información disponible indica que la temperatura, humedad y concentraciones de gases son más altas en el microambiente que en el macroambiente. Las condiciones del ambiente pueden inducir cambios en los procesos metabólicos
y fisiológicos o alteraciones en la susceptibilidad a enfermedades. Las alteraciones en la intensidad lumínica, así como
en los periodos de luz-oscuridad pueden afectar la morfología, fisiología y conducta de los animales, como: problemas
reproductivos, alteraciones en la ganancia de peso y en la
ingestión de alimento. El ruido puede producir eosinopenia,
aumento de las glándulas adrenales, disminución de la fertilidad, aumento de la presión sanguínea y canibalismo (19,22).
Las características del macro y microambiente para cada especie se encuentran perfectamente definidas en las guías de
cuidado y uso de animales de experimentación como: Canadian Council on Animal Care (CCAC), American Veterinary
Medical Association (AVMA), Guide for the Care and Use of
Laboratory Animals (ILAR), European Federation of Animal
Associations (FELASA).
La definición de estas condiciones implica la generación de
un animal experimental que nace, crece y muere en ambientes de laboratorio donde las condiciones se ajusten a normas
ISO 17025, que cuenta con protocolos de procedimientos
definidos y que se trabaja en el marco de las buenas prácticas
de laboratorio (23,24).
MODELOS Y CARACTERÍSTICAS
Dentro de los modelos de experimentación sin duda, el ra254
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tón es el más conocido y utilizado en la mayor parte de las
experiencias in vivo de biología y medicina, es en general
el modelo elegido para conocer la reacción de un organismo mamífero frente a una agresión, una intoxicación o una
infección experimental (parasitaria, bacteriana o vírica); reacciones o trastornos inmunológicos, oncología, teratología
y embriología. Muchos investigadores consideran al ratón
como un modelo animal casi perfecto porque además de su
corto tiempo generacional, alta performance reproductiva y
fácil mantenimiento, son los animales más sofisticados que
pueden ser utilizados por los investigadores (13,14).
La Rata ocupa el segundo lugar, es utilizada además en investigaciones nutricionales, comportamentales y endocrinológicas. El conejo es utilizado fundamentalmente en la producción de antisueros; farmacología; toxicología; teratogenicidad y reproducción. Los cobayos son modelos de estudios
inmunológicos, farmacológicos y nutricionales. El Hamster
se utiliza fundamentalmente en la reproducción, citogénesis
e inmunología (12,14).
En la actualidad se ha desarrollado y perfeccionado una gran
variedad de modelos animales, a fin de cubrir las exigencias
de los investigadores para llevar a cabo los experimentos
cada vez más sofisticados.
Existen más de 478 cepas consanguíneas de ratón y 234 de
rata de laboratorio. Dentro de éstas, las hay de uso general o
especial, como los modelos para enfermedades autoimnunes,
endócrinas y tumorales. También se destacan los híbridos F1,
cepas congénitas, coisogénicas, transgénicos y knock-out. Se
puede acceder a la última información consultando la página del principal proveedor el Jackson Laboratory de Maine,
Estados Unidos (http//www.informatics.jax.org/strains) (12-14).
EL PRINCIPIO DE LAS TRES R’S COMO
IMPERATIVO ETICO Y DE CALIDAD
En 1959 William Russell y Rex Burch, en Inglaterra, en su
famoso libro “The principles of humane animal experimental techniques”, exponen por primera vez que la excelencia
científica está fuertemente ligada al uso humanitario de los
animales de laboratorio. Definen claramente las normas en
las que se basan los principios éticos en la investigación con
animales: las tres “Rs”: Reducir, Reemplazar y Refinar. Estos
son los fundamentos para una racional e inteligente estrategia para minimizar el uso de animales y las causas de dolor
y de diestres (25-27).
Los proyectos de investigación que requieren el uso de animales de laboratorio deben ser realizados con el número mí-
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nimo necesario de animales que permitan obtener resultados
científicamente validos. El perfeccionamiento del diseño de
los experimentos y la selección del modelo mas adecuado,
contribuyen al cumplimiento de este principio (10,26,27).
Los procedimientos in vivo deben ser reemplazados siempre
que sea posible por métodos alternativos que no usen animales vivos, como modelos matemáticos, simulación por
computador, test serológicos, cultivos celulares y sistemas
biológicos in vitro (28,29).
El refinamiento involucra fundamentalmente la estandarización según parámetros internacionales: definición genético-sanitaria y la calidad del ambiente donde son criados y
mantenidos los animales antes y durante la experimentación.
Incluye todos los procedimientos para minimizar y eliminar
el dolor, así como todos los métodos de enriquecimiento para
asegurar el bienestar animal (11,30,31).
Estos principios han sido adoptados para su aplicación a
través de normas bioéticas, tales como la Declaración de la
Asociación Médica Mundial Sobre el Uso de Animales en la
investigación Biomédica, adoptada por la 41ª Asamblea Médica Mundial celebrada en Hong Kong, en 1989; la Guía del
Consejo Internacional de Organizaciones de Ciencias Médicas para la investigación biomédica que involucre animales;
las Guías para el cuidado y uso de los animales de laboratorio
de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (4,6).
EL DISEÑO DE LA EXPERIMENTACIÓN
El diseño del experimento es solo una parte del desarrollo de
la investigación, su éxito también depende de las condiciones
de vida del animal y de la calidad de los recursos humanos
(especialización y acreditación) (5,32).
Para el diseño del experimento se han especificado una serie
de pautas y recomendaciones a seguir, como:
1. Seleccionar el modelo animal adecuado, el cual depende
de la especie, cepa y de la calidad del animal (animal
definido) (2,6).
2. Todas las investigaciones deberán justificar el número de
animales seleccionados. El cálculo de la muestra se hará
por procedimientos estadísticos y la misma no deberá
superar el mínimo necesario para asegurar la confiabilidad de los resultados. El número de animales a utilizar
depende de las características mencionadas anteriormente y del protocolo de experimentación. La selección del
inóculo: dosis, vía y frecuencia de inoculación y la determinación del punto final del experimento, son elementos
que también se deben definir (23,24)
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3. Realizar los procedimientos experimentales adecuados.
Estos están condicionados a los conocimientos y calificación de los recursos humanos. Involucran desde la
experiencia a la profesionalidad en el método a aplicar,
además del reconocimiento del dolor, al manejo del alivio y la sedación. Cualquier estudio con animales puede
producir en estos diestres o dolor, por lo que cualquier
esfuerzo es poco para tratar de minimizarlo sin afectar el objetivo del experimento. Hasta, el momento, se
considera que cualquier procedimiento que cause dolor
o diestres en humanos, también puede causarlo en los
animales. El incremento o disminución de la defecación
y de la orina, la pérdida de peso, los cambios en el comportamiento y la inmovilidad son algunos de los signos
clínicos. En roedores, son indicadores del dolor los cambios de actitud y de la apariencia del pelo corporal (28,29).
4. La realización de pruebas piloto es fundamental para
madurar y definir la investigación, en lo que concierne
a la muestra y sus procedimientos. La prueba piloto posibilita la elaboración del protocolo y de cuantos protocolos sean necesarios para el registro disciplinado de
las observaciones y de los datos obtenidos durante las
diversas etapas de la experimentación. Durante la experiencia piloto el investigador aprende a manejar el animal de la mejor manera y adquiere el entrenamiento en
la técnica a utilizar (4,32).
5. Especificar el método de Eutanasia y definir el punto final humanitario del experimento. La eutanasia se define
como la muerte sin dolor y diestres. La verdadera eutanasia supone una insensibilización rápida, mantenida
hasta que se produzca la muerte. Se aplica al final del
protocolo o puede ser necesaria antes de finalizado el
mismo, por razones de dolor o distres, en todo caso que
no pueda ser aliviado con analgésicos o sedantes u otros
tratamientos. Los métodos aplicables son los establecidos en el “2000 Report of the AVMA Panel on Eutanasia” (32,33).
CONCLUSIONES
El respeto y cumplimiento de las recomendaciones internacionales sobre el cuidado y uso de los animales de laboratorio, permite alcanzar resultados válidos, confiables, reproducibles y comparables, así como adoptar una actitud responsable desde el punto de vista ético y moral frente al uso de
seres vivos.
La constitución de comités de ética, comité de uso y cuidado
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de los animales de experimentación (CICUAL) es el paso
inicial para instrumentar las normas y recomendaciones a nivel institucional.
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