Modelli animali nella moderna ricerca biomedica

All’inizio del ventesimo secolo, l’uso della modellazione animale era aumentato drammaticamente e, mentre alcuni individui mettevano ancora in discussione l’etica del loro uso, la modellazione animale, in particolare nei roditori, era diventata il metodo de rigeur per dimostrare Tuttavia, tutti gli animali di ricerca in questo momento sono stati superati e poiché l’uso degli animali è diventato più sperimentale, piuttosto che osservazionale, i ricercatori hanno presto apprezzato il fattore confondente della variabilità genetica nella loro ricerca. Attraverso gli sforzi di molti individui lungimiranti come William Castle, Clarence Little, Halsey Bagg e Leonell Strong, questo problema è stato affrontato tramite consanguineità di topi al punto che topi geneticamente identici sono diventati disponibili per uso sperimentale (vedi Tabella 2). Ciò ha fornito una fonte costante di soggetti di ricerca che hanno raggiunto la maturità molto rapidamente e con una limitata variabilità da cucciolata a cucciolata e di anno in anno. Come sempre più ceppi inbred di topi e ratti sono stati sviluppati, è stato presto apprezzato che vi erano differenze intrinseche tra i ceppi nei parametri biologici di base, così come la suscettibilità alle malattie indotte e spontaneamente. Molti di questi erano ceppi complementari allevati in parallelo fornendo ceppi sensibili e resistenti che sono altrimenti geneticamente simili, come il diabetico non obeso (NOD) e ceppi correlati.3 Pertanto, la selezione del ceppo è una delle considerazioni più importanti nella modellazione animale, in particolare nei roditori.

Tabella 2

di Recente pietre Miliari nella Modellazione degli Animali

Anni Ricercatore(s) Milestone
1902 William Castle Inizia l’allevamento di topi per gli studi di genetica
1909 Clarence Po ‘ Inizia inbreeding topi eliminare variazione
1920 Frederick Banting Isolato canino insulina ed efficace diabetici trattati con i cani
ca. 1930 il Piccolo e MacDowell per la Prima volta interamente inbred del mouse (20 fratello × sorella accoppiamenti) raggiunto
1940 John Cade Studiato l’uso di sali di litio come anticonvulsivante nel cavie e tradotto le sue scoperte a trattamenti di depressione
1976 Rudolf Jaenisch et al. Sviluppato per primo topo transgenico
1980 Varie numerosi test di sicurezza dei farmaci e regimi di dosaggio per l’HIV eseguiti nei macachi rhesus
1987 Capecchi, Evans, e Fucine Sviluppato per primo knockout mouse
1997 Wilmut e Campbell Prima animale clonato da un adulto cellule somatiche, La pecora Dolly
2002 Varie Mouse genoma sequenziato
2004 Varie Ratto genoma sequenziato
2009 Aron Geurts et al. Sviluppato per primo knockout ratto

Se modelli naturali non erano disponibili o realizzabili, la capacità di manipolare il genoma di una specie di modello ha permesso la creazione di animali in modo univoco sensibili o resistenti a un certo modello. Così, come i progressi sono stati fatti nel campo della genetica, gli scienziati sono diventati sempre più abili a manipolare il genoma ancora non sequenziato di topi. Gli 1980 hanno visto un’esplosione in questa tecnologia con l’avvento di topi transgenici che trasportano materiale genetico aggiuntivo e topi knockout in cui il materiale genetico viene eliminato. Di recente, la nostra capacità di manipolare il genoma del mouse è diventato sempre più raffinato, con sviluppi come tessuto-specifici metodi di bussare geni, come il Cre-Lox,4 metodi di attivare o disattivare la trascrizione del gene in vivo, utilizzando tetraciclina o tamoxifene-indotta sistemi,5 e i metodi di identificazione o la rimozione di intere linee cellulari in vivo attraverso la proteina fluorescente – e difterite-tossina recettore-topi knockin rispettivamente.6, 7 Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato tecnologie simili per generare ratti transgenici, 8 gatti,9 cani, 10 conigli, maiali,pecore, 11 capre, bovini,polli,12 zebrafish,13 e primati non umani, 14 per citarne solo alcuni. Mentre la capacità di generare i knockouts mirati del gene in altre specie è rimasta indietro, i ratti knockout sono stati creati con successo nel 2009 facendo uso di una tecnica basata a nucleasi del dito dello zinco distinta da quella usata in topi.15

Il mouse continua ad essere la centrale elettrica per la ricerca biomedica (vedere la barra laterale pagina 206). Indubbiamente, il cambiamento più importante negli ultimi 25 anni è la spettacolare escalation del topo di laboratorio nella ricerca, che si trova in evidente contrasto con il ruolo in declino della maggior parte dei modelli di mammiferi non roditori (vedi Figura 1). In confronto, l’uso del ratto è stato plateaued, poiché le manipolazioni genetiche mirate si sono dimostrate più difficili in questa specie. La creazione dei primi ratti knockout può aiutare a spiegare il recentissimo up-tick nelle pubblicazioni biomediche basate su modelli di ratto. Tuttavia, con la crescente capacità di modificare i genomi di specie di laboratorio diverse dal topo, il volto della ricerca biomedica sta ora cambiando. Le specie geneticamente malleabili come i suini e il pesce zebra sono sempre più in competizione con organismi modello un tempo comuni come la cavia, il coniglio e il furetto (vedi Figura 1). Queste importanti tendenze rivelano sia 1) l’utilità drammaticamente crescente di alcune specie modello rispetto ad altre, sia 2) il perfezionamento della ricerca sugli animali attraverso l’uso del vertebrato più basso possibile per raggiungere un determinato obiettivo scientifico.

Risultati della ricerca Pubmed per data di pubblicazione, dal 1970 al 2011. I termini di ricerca per ciascuna specie includevano il nome scientifico e il nome comune per ciascuna specie; tranne per il fatto che solo il nome scientifico è stato utilizzato per il topo e il ratto. “Modelli di mammiferi non roditori” comprende il cane, coniglio, gatto, macaco rhesus, cavia, maiale, scimpanzé e furetto.

Inoltre, il riconoscimento dell’impatto del microbiota gastrointestinale e dermico ha portato alla nascita di un’era di ricerca completamente nuova: gli gnotobiotici. Attraverso l’uso di parto cesareo, gabbie isolanti a film flessibile e cibo irradiato, i topi possono ora essere mantenuti in condizioni completamente prive di germi o colonizzati con una o più specie batteriche definite. Una combinazione di otto batteri aerobici e anaerobici commensali chiamati Flora alterata di Schaedler (ASF) è comunemente usata come microbiota intestinale noto.16 Tuttavia, con il recente sviluppo di metodi robusti di fingerprinting l’intera comunità microbica intestinale come Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, Automatizzato Ribosomiale Intergenic Spacer Analisi e sequenziamento profondo, i ricercatori sono in grado di rapidamente e in modo affidabile il monitoraggio della composizione del microbiota intestinale e quindi allontanarsi da più riduzionista modelli come ASF. Mentre lo sviluppo di ceppi di roditori inbred ha permesso il controllo della genetica dell’ospite, lo sviluppo di animali di ricerca che ospitano microbiota complessi ma definiti consente il controllo della genetica microbica nota per influenzare la fisiologia dell’ospite. Inoltre, gli gnotobiotici possono essere applicati anche a specie non murine, quindi è probabile che questo campo continui ad evolversi.

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