Modelos Animales en la Investigación Biomédica Moderna

A principios del siglo XX, el uso de modelos animales había aumentado drásticamente y, aunque algunos individuos todavía cuestionaban la ética de su uso, el modelado animal, particularmente en roedores, se había convertido en el método de rigor para demostrar la importancia biológica. Sin embargo, todos los animales de investigación en este momento eran descendientes y, a medida que el uso de animales se hizo más experimental, en lugar de observacional, los investigadores pronto apreciaron el factor de confusión de la variabilidad genética en su investigación. A través de los esfuerzos de muchos individuos con visión de futuro como William Castle, Clarence Little, Halsey Bagg y Leonell Strong, este problema se abordó a través de la endogamia de ratones hasta el punto de que los ratones genéticamente idénticos estuvieron disponibles para uso experimental (ver Tabla 2). Esto proporcionó una fuente constante de sujetos de investigación que maduraron muy rápidamente y con una variabilidad limitada de una camada a otra y de un año a otro. A medida que se desarrollaban más y más cepas endogámicas de ratones y ratas, pronto se apreció que había diferencias inherentes entre las cepas en los parámetros biológicos básicos, así como la susceptibilidad a enfermedades inducidas y espontáneas. Muchas de ellas eran cepas complementarias criadas en paralelo que proporcionaban cepas susceptibles y resistentes que por lo demás eran genéticamente similares, como la cepa diabética no obesa (NOD) y cepas relacionadas.3 Por lo tanto, la selección de cepas es una de las consideraciones más importantes en el modelado animal, particularmente en roedores.

Tabla 2

Hitos Recientes en Animales de Modelado

Años Investigador(s) Hito
1902 William Castillo Comienza la cría de ratones para estudios genéticos
1909 Clarence Poco Comienza la endogamia ratones para eliminar la variación
1920 Frederick Banting Aislado canina de la insulina y efectivamente diabéticos tratados con perros
ca. 1930 Poco y MacDowell en Primer lugar totalmente puras ratón (20 hermano x hermana del servicio) logró
1940 John Cade Estudiado el uso de sales de litio como anticonvulsivante en los conejillos de indias y traducido sus resultados a los tratamientos de la depresión
1976 Rudolf Jaenisch et al. Desarrollado el primer ratón transgénico
1980 Varios Extensas pruebas de seguridad de los medicamentos y los regímenes de dosificación para el VIH realizado en macacos rhesus
1987 Capecchi, Evans, y Smithies Desarrollado el primer ratón knock-out
1997 Wilmut y Campbell en Primer lugar animal clonado a partir de un adulto de células somáticas, La oveja Dolly
2002 Varios Ratón genoma secuenciado
2004 Varios Rata genoma secuenciado
2009 Aron Geurts et al. Primera rata eliminada desarrollada

Si los modelos naturales no estaban disponibles o no eran viables, la capacidad de manipular el genoma de una especie modelo permitía la creación de animales susceptibles o resistentes a un determinado modelo. Por lo tanto, a medida que se avanzaba en el campo de la genética, los científicos se volvieron cada vez más expertos en manipular el genoma de ratones, que aún no había sido secuenciado. La década de 1980 vio una explosión en esta tecnología con el advenimiento de ratones transgénicos que transportaban material genético adicional, y ratones knockout en los que se eliminaba material genético. Recientemente, nuestra capacidad para manipular el genoma del ratón se ha ido perfeccionando con desarrollos como los métodos específicos de tejido para eliminar genes como el sistema Cre-Lox4,los métodos para activar o desactivar la transcripción de genes in vivo utilizando sistemas inducidos por tetraciclina o tamoxifen5 y los métodos para identificar o eliminar linajes celulares completos in vivo a través de ratones fluorescentes con proteína y toxina diftérica,respectivamente.6, 7 Además, los investigadores han utilizado tecnologías similares para generar ratas transgénicas, 8 gatos, 9 perros, 10 conejos, cerdos,ovejas, 11 cabras, ganado vacuno,pollos,12 peces cebra,13 y primates no humanos, 14 por nombrar solo algunos. Si bien la capacidad de generar eliminaciones genéticas específicas en otras especies se ha quedado atrás, las ratas eliminadoras se crearon con éxito en 2009 utilizando una técnica basada en nucleasas de dedo de zinc distinta de la utilizada en ratones.15

El ratón sigue siendo el motor de la investigación biomédica (véase la página 206 de la barra lateral). Sin lugar a dudas, el cambio más importante en los últimos 25 años es la espectacular escalada del ratón de laboratorio en la investigación, que contrasta claramente con el papel decreciente de la mayoría de los modelos de mamíferos no roedores (véase la Figura 1). En comparación, el uso de la rata se ha estancado, ya que las manipulaciones genéticas dirigidas resultaron más difíciles en esta especie. La creación de las primeras ratas knockout puede ayudar a explicar el muy reciente up-tick en publicaciones biomédicas basadas en modelos de ratas. Sin embargo, con la creciente capacidad de modificar los genomas de especies de laboratorio distintas del ratón, el rostro de la investigación biomédica está cambiando. Las especies genéticamente maleables, como el cerdo y el pez cebra, compiten cada vez más con otros organismos modelo comunes, como el conejillo de indias, el conejo y el hurón (véase la Figura 1). Estas tendencias importantes revelan tanto 1) la utilidad cada vez mayor de ciertas especies modelo en relación con otras, como 2) el refinamiento de la investigación con animales a través del uso del vertebrado de menor orden posible para lograr un objetivo científico dado.

Resultados de búsqueda de Pubmed por fecha de publicación, de 1970 a 2011. Los términos de búsqueda para cada especie incluían el nombre científico y el nombre común de cada especie, excepto que solo se utilizaba el nombre científico para ratones y ratas. «Modelos de mamíferos no roedores» incluye al perro, conejo, gato, macaco rhesus, conejillo de indias, cerdo, chimpancé y hurón.

Además, el reconocimiento del impacto de la microbiota gastrointestinal y dérmica llevó al nacimiento de una era de investigación completamente nueva: los gnotobióticos. A través del uso de parto por cesárea, jaulas aisladoras de película flexible y alimentos irradiados, los ratones ahora se pueden mantener en condiciones completamente libres de gérmenes o colonizados con una o más especies bacterianas definidas. Una combinación de ocho bacterias comensales aeróbicas y anaeróbicas llamadas Flora alterada de Schaedler (ASF) se usa comúnmente como la microbiota intestinal conocida.16 Sin embargo, con el reciente desarrollo de métodos robustos de toma de huellas dactilares en toda la comunidad microbiana intestinal, como la Electroforesis en Gel de Gradiente Desnaturalizante, el Análisis automatizado de Espaciadores Intergénicos Ribosómicos y la secuenciación profunda, los investigadores son capaces de monitorear de manera rápida y confiable la composición de la microbiota intestinal y, por lo tanto, alejarse de modelos más reduccionistas como el ASF. Mientras que el desarrollo de cepas de roedores endogámicos permitió el control de la genética del huésped, el desarrollo de animales de investigación que albergan microbiota compleja pero definida permite el control de la genética microbiana que se sabe que afecta la fisiología del huésped. Además, los gnotobióticos también se pueden aplicar a especies no murinas, por lo que es probable que este campo continúe evolucionando.

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