Болезнь в миниатюре: непопулярная сторона медицины
Каждый год мы радуемся прогрессу науки: понемногу боремся с разными болезнями, продлеваем жизнь и улучшаем ее качество. В СМИ пишут статьи и снимают репортажи про химиков и врачей, но другие сферы и профессии, наоборот, не так известны, хотя не менее важны. Нечасто встретишь материалы про патологоанатомию или другую «тихую» сферу, о которой мы сегодня поговорим — о создании животных моделей.
Зачем это все?
Клинические испытания лекарств — долгий, дорогой и трудоемкий процесс. Потребитель должен быть уверен в безопасности и эффективности препарата, когда покупает его в аптеке, а для этого средству нужно пройти огромное количество тестов. Год назад мы уже обсуждали, как проводят медицинские испытания, но тогда мы сконцентрировались на финальном этапе — проверке на людях-добровольцах.
Сегодня уделим внимание маленьким героям, а именно — лабораторным животным. Почему они герои? Человек специально их заражает и калечит… Но не спешите осуждать ученых за жестокое обращение с животными. Все эксперименты проводятся по строгим стандартам, чтобы звери испытывали минимум мучений и боли. Их миссия очень важна: они «примеряют» человеческие недуги на себя, а затем с помощью лекарств стараются выздороветь. Получается модель болезни в миниатюре.
Кадр из социального трейлера Save Ralph
Созданием, стандартизацией и валидацией, то есть проверкой этих моделей, занимается большое количество научных коллективов. Отработанный способ вызвать, например, рак у крыс — это значительный шаг на пути создания лекарства. Ведь тогда успешную животную модель можно будет распространить по международным центрам и над противораковым препаратом смогут работать сразу несколько научных групп. А их результаты можно будет перепроверять и дополнять в разных точках мира.
Поэтому для многих популярных заболеваний уже разработаны и опробованы методики, некоторые из которых мы разберем подробно.
Чего мы достигли
Один из самых популярных методов — ввести животным специальное химическое вещество. Человек нашел достаточно природных и разработал еще больше синтетических молекул, которые способны по-разному моделировать заболевания.
Например, существует известная методика вызвать диабет у крыс. Диабет — это тяжелое заболевание, которое связано с нарушением обмена сахара у пациента. Он может быть врожденный (I типа) или приобретенный (II типа). Диабетом в мире страдают миллионы людей, поэтому моделям этой болезни уделяют много внимания.
Чтобы нарушить обмен сахара в организме животного, ему последовательно вводят в кровь два вещества: стрептозотоцин — антибиотик, похожий по структурной формуле на глюкозу, и никотинамид, форму витамина В3. Эти два вещества работают в связке, вызывая смерть клеток поджелудочной железы и последующую дисфункцию органа.
Таким образом, животное не вырабатывает достаточно инсулина и приобретает диабет II типа. В некоторых исследованиях ученые изучают связанные с диабетом заболевания. Например, в этой работе авторы моделировали ассоциированную с диабетом язву. Чтобы вызвать это нарушение в ЖКТ, животные в течение недели ежедневно получали по 200 мг аспирина на килограмм веса. При этом доза в 120 мг/кг уже может вызвать токсическое воздействие на человека. Вещество разрушает слизистую желудка, повреждает эпителий, а впоследствии вызывает кровотечение — эти же симптомы возникают и у людей, так что модель была признана рабочей.
Используя химические соединения, ученые научились вызывать очень много заболеваний: от депрессии и острой почечной недостаточности до инфаркта и эпилепсии. Все эти достижения помогут разработать лекарства и спасти человеческие жизни.
Самыми жестокими могут показаться модели физических травм. Но они тоже необходимы, чтобы научиться заживлять переломы, лечить черепно-мозговые травмы и травмы позвоночника. Эти нарушения встречаются часто: по данным ВОЗ, в 2019 году 180 миллионов человек во всем мире ломали кости в результате травм. Особенно такие несчастные случаи опасны для людей старше 55 лет. С возрастом кости становятся хрупкими, а скорость срастания значительно падает.
Поэтому ведутся разработки различных материалов и веществ, которые помогли бы лечить переломы. Исследователи из Румынии изучили, как фибрин, белок крови, помогает заживлять травмы. У крыс вырезали 5 мм кости в передних конечностях, чтобы имитировать перелом. При этом, чтобы минимизировать количество животных в эксперименте, повреждали кости на обеих передних лапах. Самое неприятное в таких экспериментах то, что одна группа животных остается без лечения, и ученые наблюдают, как организм ведет себя в экстремальных условиях. Такая группа называется контрольной она необходима, чтобы обеспечить научную достоверность исследования.
Также можно отдельно выделить группу моделей, для создания которых в организм животного вводят инородные агенты: бактерии или раковые клетки.
Таким образом у кроликов и других животных вызывают остеомиелит. Это заболевание возникает при проникновении патогенных бактерий в костный мозг. Инфекция запускает гнойно-некротический процесс, развивающийся в кости и костном мозге, а также в окружающих мягких тканях. Схема моделирования достаточно простая: с помощью шприца в костный мозг вводят физраствор с бактериями. Вскоре после операции у животных начинается патогенный процесс.
Если же стоит задача изучить онкологическое заболевание, вместо бактериальных клеток вводят раковые. Они дают начало опухоли, которая станет целью изучаемого лекарства или метода. Таким способом можно исследовать различные виды рака в зависимости от того, какую клеточную линию используют и в какой орган вводят клетки.
Животные модели — это огромная сфера биологии и медицины. Мы затронули лишь небольшую часть этого сложного с научной и этической стороны мира и не упомянули про генетически модифицированных животных, которых специально выращивают с определенными характеристиками, например «выключенными» генами. Главное — помнить, что животных в науке используют не из садистких наклонностей, а ради спасения жизней.
Фото на обложке: unsplash.com
