Gran parte del conocimiento sobre el funcionamiento del organismo y sobre las patologías se la debemos a los modelos animales. Estos permiten estudiar gran cantidad de procesos biológicos, generando tanto conocimiento básico como las bases del tratamiento de enfermedades en humanos y animales. En los últimos años, se está intentando equilibrar estas valiosas aportaciones con las mejores condiciones de bienestar animal posibles, y se ha comenzado a sustituir a los animales por otros tipos de modelos, que podrían ser el eje principal de la investigación en un futuro próximo.
Índice de contenido:
¿Qué son los modelos animales?
Se trata de especies no humanas cuyas características facilitan el estudio de un proceso fisiológico o patológico, por lo que son utilizadas en tareas de investigación. Se suele buscar la mayor similitud posible con los humanos cuando se trabaja en el ámbito biomédico, y se prioriza en general la simplicidad del modelo, la facilidad de su obtención, el coste de este y la minimización de los problemas éticos (no implica lo mismo sacrificar a un perro que a una mosca, ni para la sociedad ni para el investigador).
El fin de estos depende de la investigación. Si hablamos de la biomedicina, los modelos permiten realizar experimentos que no se pueden llevar a cabo en humanos para mejorar la calidad de vida de estos. Si hablamos de una investigación más básica, entonces el objetivo es el conocimiento de procesos biológicos, que se puede aplicar a la veterinaria, la medicina, la producción de alimento, etc.
Los animales se mantienen en laboratorios especializados, en los que se controlan la temperatura, la humedad, las horas e intensidad de luz, la comida y el agua que consumen, etc. De esta manera, se favorece la estandarización de las condiciones experimentales y la reproducibilidad de los resultados.
Principales modelos utilizados en el laboratorio
Ratón: Una de las ventajas de este modelo es la gran cantidad de información que existe sobre este, y las numerosas técnicas que se han puesto a punto en ratón. Estos pequeños animales (los adultos pesan entre 20 y 40 gramos) tardan un mes y medio en alcanzar la edad adulta, momento en el que se pueden reproducir. Cada gestación suele producir unos 6-12 nuevos ratones de media. Esto hace que se pueda ampliar rápidamente la colonia y realizar experimentos relativamente cortos. Una última ventaja de la utilización de ratones es la facilidad con la que se pueden modificar genéticamente.
Rata: con un tamaño superior al del ratón (entre 250 y 550 gramos para ratas adultas), poseen un ciclo de vida ligeramente más largo, llegando a la edad adulta a los dos meses, y teniendo aproximadamente el mismo número de crías que los ratones. Ocupan más espacio, pero las muestras que se obtienen de estas son mucho mayores que las de los ratones. Son muy dóciles y es fácil entrenarlas para realizar las pruebas de comportamiento.
Pez cebra: su pequeño tamaño (entre 3 y 5 centímetros en edad adulta) facilita el uso de pequeños espacios para albergar muchos peces. Tienen una enorme capacidad reproductiva, llegando a poner de 300 a 500 huevos cada 2-3 días.
Una característica muy útil en investigación de este animal es su transparencia durante las primeras etapas de vida, por lo que se puede observar cómo se forman sus distintas partes, cómo progresa una patología, etc. Gracias a una modificación genética de la melanina, existen peces que son transparentes durante toda su vida. La posibilidad de ver el interior del animal durante todo su ciclo vital es de enorme interés para el estudio de enfermedades sin sacrificar al animal y para la observación del efecto del tratamiento en la patología. Este modelo es llamado cariñosamente «Cásper» por los investigadores.
C.elegans: de manera similar al pez cebra, este pequeñísimo gusano, que llega a medir hasta 1 mm de longitud en edad adulta, posee un cuerpo transparente. Además de poder ver el interior de este ser, es posible seguir la pista de sus 959 células (número algo mayor en individuos jóvenes), pudiendo estudiar con gran precisión la formación del gusano desde el huevo hasta la adultez. El tamaño y el corto ciclo de vida (2-3 semanas) de este nematodo hacen que sea perfecto para experimentos cortos, en espacios reducidos y de bajo coste. La cría también es sencilla, ya que los individuos son hermafroditas la mayor parte de su vida y pueden producir 300 huevos por gusano.
Mosca de la fruta: este insecto, que seguramente ya habrás encontrado más de una vez en tu cocina, tiene un ciclo de vida de 40-50 días, y una mosca puede poner entre 400 y 1000 huevos a lo largo de su vida. Estas características, junto con su pequeño tamaño (entre 2 y 3 milímetros de longitud en edad adulta) hace que sea fácil obtener muchos individuos, además de realizar experimentos cortos que abarquen la vida completa de la mosca.
Hasta ahora hemos visto modelos ampliamente utilizados en la rutina del laboratorio, con unas características comunes (pequeño tamaño, facilidad de cría y reproducción, ciclo de vida corto, transparencia…) que los convierten en modelos generales muy valiosos para cualquier investigación. Vale la pena observar también un ejemplo de modelos más específicos, que quizá no están tan ampliamente extendidos como los anteriores, pero que son de vital importancia para la investigación biomédica y agroalimentaria.
Cerdo: este animal tiene una gran semejanza con el humano, sobre todo cuando hablamos del corazón y la piel. Estas características hacen de él un modelo muy atractivo para enfermedades cardiovasculares y dermatológicas, así como para fármacos cosméticos o medicamentos para el corazón. El ciclo de vida de un cerdo es mucho mayor que el de los principales modelos de laboratorio, siendo de unos 10-15 años. En 2022 se realizó el primer trasplante de corazón de un cerdo a un humano (David Bennett). Además del corazón, se está investigando el uso de riñones, hígados y pulmones de cerdo para futuros trasplantes, aunque estas tecnologías todavía se encuentran en desarrollo.
Animales más «humanos»
Las nuevas técnicas de modificación genética, inmunología y trasplantes han hecho posible la creación de animales con características muy similares a los humanos, e incluso con células humanas. Para la elección de este tipo de modelos, además de las características inherentes a la especie utilizada, se buscan animales de fácil modificación, cuya genética y fisiología sea conocida y en los que se hayan puesto a punto las técnicas necesarias para su modificación.
Como ejemplo encontramos a ratones inmunodeprimidos a los que se les introduce el tumor de un paciente humano, de manera que estos animales se convierten en modelos en miniatura del enfermo y permiten probar tratamientos y ver su resultado antes de aplicarlos al paciente.
Además de la medicina personalizada, estos son muy utilizados en los ensayos preclínicos de fármacos, ya que son una aproximación más cercana al paciente que el ensayo de un compuesto en un tumor murino. Por supuesto, también tienen sus limitaciones, y es que el hecho de tener un sistema inmune comprometido dificulta enormemente el estudio de la respuesta inmune del ratón frente al tumor.
Podemos ver otro caso similar en animales a los que se les induce una enfermedad que afecta a las personas. Esto se puede producir mediante la inserción del gen humano responsable de la patología en los roedores. La esclerosis lateral amiotrófica, una enfermedad neurodegenerativa que afecta a la función muscular, se estudia en ratones modificados genéticamente para que desarrollen la enfermedad. Estos animales presentan síntomas similares a los humanos, y se utilizan ampliamente en la investigación preclínica de posibles tratamientos para la enfermedad.
Nuevos modelos de investigación
Como hemos podido comprobar hasta el momento, los modelos animales poseen una enorme versatilidad y permiten conocer cómo se desarrollan los procesos biológicos y ensayar nuevas terapias, pero también presentan algunos problemas.
El primero de ellos, relacionado con la aplicación biosanitaria, es su propia naturaleza: son aproximaciones que representan a los pacientes, pero no son pacientes. Este hecho tan obvio hace que muchos de los resultados obtenidos en animales no sean reproducibles en humanos. Se estima que solo alrededor del 8 % de los fármacos que muestran resultados prometedores en las fases preclínicas y llegan a probarse en humanos terminan siendo aprobados, debido a problemas de eficacia, toxicidad y otros factores menos comunes.
El segundo inconveniente es el sufrimiento que estos procedimientos producen en los animales. Estoy seguro de que muchos lectores han sentido pena por los animales mostrados en el apartado anterior, y es que nuestra sociedad es cada vez más consciente de los sentimientos animales. Esta actitud colectiva ha impulsado la modificación de los procedimientos experimentales para evitar el mayor sufrimiento posible a los animales, aunque es cierto que la mejor manera de hacerlo es no experimentar con animales.
En este contexto aparecen los nuevos modelos biológicos e in silico (modelos de ordenador) para complementar a los animales y evitar, en la medida de lo posible, su utilización.
Los modelos in silico son algoritmos que simulan el comportamiento de un sistema biológico. Pueden representar algo general, como la respuesta de un cerebro cualquiera ante una medicación antidepresiva, o pueden ser modelos personalizados que contengan la información de un paciente y predigan la respuesta a una operación o terapia.
Estos modelos se utilizan tanto para investigar la acción de nuevos fármacos en el organismo como para planificar intervenciones en casos concretos. En el primer caso, funcionan como un primer cribado de fármacos para evitar experimentos con células o animales, ahorrando tiempo, dinero y sufrimiento.
Otra modelización del organismo es la basada en el cultivo celular. Existen muchas variantes de esta, desde la más simple, que consiste en cultivar un tipo de células en un frasco o placa, hasta las más avanzadas, que combinan muchos tipos de células y sistemas tremendamente complejos que simulan el funcionamiento del organismo. Las primeras tienen un bajo coste, pero su capacidad predictiva es muy limitada. Los segundos son más caros y complejos, pero son una aproximación mucho más fiel al organismo completo.
Estos modelos se utilizan para todo tipo de estudios, dada su variedad, su fácil manipulación y los pocos problemas éticos que acarrean. Contribuyen tanto a reducir los experimentos con animales al utilizarse como paso previo a estos para eliminar los fármacos que puedan resultar tóxicos o ineficaces. En el caso de los sistemas más complejos, pueden incluso llegar a sustituir a los modelos animales en ensayos puntuales.
Conclusión: presente, pasado y futuro de los animales en la investigación
Se estima que la experimentación animal pudo aparecer ya en el siglo IV a.c, en la Antigua Grecia. En esta época, se utilizarían animales disecados para, mediante la disección, conocer la anatomía y fisiología de los seres vivos. Desde entonces, la investigación con animales ha ido de la mano de la ciencia hasta la actualidad, permitiendo numerosos avances en la biología y en la medicina, y salvando la vida de millones de personas.
Conforme nos acercamos a la actualidad, se observa un aumento en la complejidad de los modelos y una concienciación general de la población por el sufrimiento animal. Debido al dolor y estrés que los procedimientos de laboratorio producen, se comenzó a diseñar los experimentos de manera que utilizasen la cantidad estrictamente necesaria de animales, para que evitasen técnicas dolorosas o utilizasen anestesia durante estas y para que se evitasen los experimentos que no iban a producir ningún resultado nuevo o relevante.
En 1959, siguiendo estos criterios, se introduce el concepto de las tres Rs en la investigación animal: reducción (del número de animales al indispensable), refinamiento (de los experimentos para producir el menor sufrimiento posible) y reemplazo (de experimentos con animales a otros que puedan alcanzar el mismo fin). Este concepto se aplica a animales vertebrados y cefalópodos, que tienen un sistema nervioso lo suficientemente desarrollado como para sufrir. Bajo estas tres máximas se ha guiado la investigación hasta la actualidad.
Hoy en día, existen comités de bienestar animal que revisan cada experimento a realizar para asegurar que cumple estos tres criterios, y supervisan el cumplimiento de los planes establecidos. En el año 2022, la FDA (organismo estadounidense con repercusión mundial en aprobación y supervisión de fármacos y alimentos) modificó su legislación para permitir que determinados métodos alternativos a la experimentación animal pudieran utilizarse en el desarrollo preclínico de nuevos medicamentos, abriendo la puerta a que algunos fármacos puedan avanzar hacia los ensayos clínicos sin depender necesariamente de los estudios animales tradicionales.
En los próximos años, se espera que el uso de los animales en investigación se reduzca conforme aparezcan nuevos modelos más similares al organismo que los existentes hoy en día. Es muy probable también que los animales de laboratorio evolucionen y se vuelvan más complejos, permitiendo obtener resultados que puedan ser trasladados a los pacientes sin la aparición de efectos adversos no conocidos.
Todavía es muy pronto para hablar de la desaparición total de los modelos animales en la investigación, pero todo apunta a que serán reducidos a los mínimos indispensables en el futuro gracias a los nuevos modelos emergentes.
Bibliografía
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