Abstract di Marcel Leist and Thomas Hartung

La tossicologia moderna ha abbracciato i metodi in vitro e grandi speranze sono riposte in metodi che uniscono tecnologie omiche e approcci di biologia dei sistemi.

UNA SEVERA CULTURA DI CONVALIDA È STATA SVILUPPATA PER TALI APPROCCI, MENTRE LA QUALITÀ E L’UTILITÀ DEGLI ESPERIMENTI SU ANIMALI SONO STATI INVECE ESAMINATI BEN POCO.
U20N NUOVO STUDIO DIMOSTRA ORA LA SCARSA PREDITTIVITÀ DELLE RISPOSTE ANIMALI NEL CAMPO DELL’INFIAMMAZIONE. QUESTI RISULTATI CONFERMANO PRECEDENTI SCOPERTE DA CONFRONTI NEI SETTORI DELLE PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE, ICTUS E SEPSI.
LA BASSA PREDITTIVITÀ DEGLI ESPERIMENTI CONDOTTI SU ANIMALI IN AREE DI RICERCA CHE PERMETTONO IL CONFRONTO DIRETTO DI (DATI OTTENUTI DA SPERIMENTAZIONI SU) TOPO CONTRO DATI UMANI, METTE IN FORTE DUBBIO L’UTILITÀ DEI DATI DI ORIGINE ANIMALE COME TECNOLOGIA CHIAVE PER PREDIRE LA SICUREZZA UMANA.

Traduzione integrale dell’articolo: (tutti i riferimenti bibliografici sono reperibili al link: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3604596/)

La tossicologia regolatoria è coinvolta nella previsione del rischio per l’uomo e negli approcci normativi per limitare tali ‘assunti / predetti’ rischi per gli esseri umani.
Questa è una forma molto particolare di scienza, nel senso che non si occupa per lo più di fatti (riguardanti il pericolo umano), ma formula ipotesi e previsioni derivate da modelli.
Per la maggior parte dei composti, il pericolo per l’uomo è (per fortuna) non noto.
L’arte della tossicologia predittiva sta nella costruzione di una intricata rete di relazioni trasversali, per ancorare il pericolo umano assunto ad un insieme di dati reali.
Gli esperimenti sugli animali sono ad oggi la più importante fonte di tali dati.
Una questione fondamentale della disciplina è: come possiamo ottenere informazioni in merito all’appropriatezza di tali dati come punto di ancoraggio per il tossicologo, tessitore di riferimenti incrociati ed estrapolazioni?
‘La prova del budino è il mangiare’, vale a dire, sono necessari dati umani per controllare la validità della rete di previsione.
La valutazione circa il fatto che gli esperimenti su animali forniscano o meno un solido punto di partenza per la predizione del rischio umano può seguire due linee principali.
La prima raccoglie evidenze di casi umani di avvelenamento.
Almeno per alcuni composti, questo permette un diretto confronto degli effetti ottenuti su animali e su uomo.
Esempi prominenti di studi di casi che suggeriscono la scarsa predittività (del modello animale) sono l’esperienza con il talidomide, o con il candidato farmaco TG1412, che ha causato effetti terribili nell’uomo non previsti da dati disponibili su animali.
La mancanza di correlazione si è vista anche in senso inverso, vale a dire, quando dati di studi condotti su roditori hanno previsto cancerogenicità per composti che sono invece risultati sicuri nell’uomo.
Per alcune classi di composti, c’è qualche esempio positivo di dati animali in grado di predire quantitativamente la tossicità. Tuttavia, in molti settori della tossicologia (per esempio nel campo dei pesticidi) tali dati comparativi sono appena disponibili. Inoltre, questo approccio induttivo (utilizzando solo studi di casi singoli) non consente una generale e conclusiva dichiarazioni sull’utilità della sperimentazione animale.
Di conseguenza, sono state elaborate strategie deduttive per affrontare la questione.
Tali approcci richiedono risposte a due tipi di domanda. Per esempio: (a) c’è almeno un campo in
cui possono essere ottenuti dati comparativi (tra modello animale e uomo) di alta qualità? (b) si può mostrare o ragionevolmente supporre, che la predittività del modello animale per l’uomo non differisce in modo sostanziale nei diversi campi della ricerca biomedica? Se le risposte a queste domande possono essere ottenute, il terzo passo è la combinazione delle risposte per la deduzione di una conclusione generalizzata.
Ci occuperemo qui della seconda questione solo brevemente.
DECINE DI MIGLIAIA DI PUBBLICAZIONI, TUTTE PEER-REVIEWED, SPESSO IN RIVISTE AD ALTO IMPATTO, SI BASANO SUL PRESUPPOSTO CHE GLI ANIMALI SONO PREDITTIVI DI RISPOSTE NELL’UOMO IN TUTTE LE DIVERSE AREE DI RICERCA IN CUI SONO IMPIEGATI GLI ANIMALI.
ENORMI QUANTITÀ DI DENARO PUBBLICO VENGONO SPESI SUL PRESUPPOSTO CHE GLI ANIMALI SONO UTILI PER TUTTI I SETTORI BIOMEDICI.
Nessuna agenzia ha mai dichiarato in un particolare campo di ricerca medica, l’inutilità della ricerca sugli animali. Gli studi su animali vengono applicati in modo uniforme come modello in tutti i settori della farmacologia, tossicologia e ricerca generale nella biologia della malattia.
Questo uso è approvato da comitati di esperti scientifici, da commissioni di revisione etica, dalle agenzie di finanziamento e dai decisori politici, canale di ingenti somme per il finanziamento di ricerca e sviluppo nelle diverse aree.
Il crescente utilizzo di animali per la ricerca negli ultimi anni è stato accelerato dalla generazione diffusa di topi transgenici. L’aumento della sperimentazione animale nella maggior parte dei settori biomedici ha sovracompensato tutti gli sforzi per sostituire gli animali in alcuni settori di ricerca.
La dura prova della fede nell’utilità della sperimentazione animale nei vari settori (in termini di centinaia di milioni di dollari e di euro investiti sulla base di questo presupposto) è schiacciante.
Questo riguarda anche il campo della tossicologia, che non può essere separato dalle altre aree di ricerca biomedica, in quanto meccanismi biologici e loro correlazione nell’uomo e negli animali sono interessati.
La tossicologia ha beneficiato molto dei risultati e metodi di altri settori e si presume generalmente che i regolamenti biochimici e fisiologici, così come le loro controparti patologiche scoperte da diverse discipline mediche, si applichino anche al settore delle scienze della sicurezza.
Quindi possiamo tranquillamente supporre che la predittività dei modelli animali sia giudicata altrettanto elevata in farmacologia e tossicologia, e la parte che segue si concentrerà su dove trovare buoni dati comparativi di risultati animali versus uomo.
Una risposta è stata fornita da un recente studio degno di nota di Seok et al. 2013, “programma di ricerca collaborativa su larga scala su infiammazione e risposta dell’ospite al danno”.
Hanno scelto l’infiammazione come un campo di ricerca medica, in cui sono disponibili dati umani e in cui i modelli murini sembrano avere una buona somiglianza meccanicistica con la situazione della malattia umana.
La risposta biologica al danno è stata analizzata a livello molecolare, cercando nella regolamentazione dei circa 5.000 geni umani rilevanti per l’infiammazione e confrontando questi con le risposte negli omologhi murini.
IL RISULTATO È STATO SORPRENDENTE, QUASI SCIOCCANTE: LA CORRELAZIONE NON SOLO È STATA POVERA, MA È STATA PRATICAMENTE ASSENTE PER LE PRINCIPALI AREE DI STUDIO: USTIONI, TRAUMI ED ENDOTOSSIEMIA. QUANDO LO STUDIO È STATO POI ESTESO AD ALTRE AREE, COME SEPSI ED INFEZIONI, SONO STATE CONFERMATE CORRELAZIONI ALTRETTANTO POVERE TRA DATI UMANI E MURINI.
COSÌ, LE RISPOSTE NEI TOPI NON POSSONO PREVEDERE LE REAZIONI UMANE, ALMENO IN QUESTI CAMPI. Sulla base delle considerazioni di cui sopra (domanda b), non vi è ragione di ritenere che la correlazione sarebbe migliore in qualsiasi altro campo.
Si potrebbe sostenere che questo è solo uno studio, in un campo molto particolare e ristretto. In questo contesto, è importante analizzare le ragioni che hanno spinto gli scienziati ad eseguire questi esperimenti.
LA CARTA DI SEOK NON È UNO STUDIO AUTONOMO, È UNO STUDIO INNESCATO DAI PREOCCUPANTI RISULTATI DI CIRCA 20 ANNI DI RICERCA, CHE HANNO SUGGERITO CHE I MODELLI ANIMALI NON PREDITTIVI PER L’UOMO, POTREBBERO ESSERE LA CAUSA ALLA BASE DEGLI INNUMEREVOLI FALLIMENTI CLINICI DI NUOVI FARMACI NEL CAMPO DELLA SEPSI.
La sespi è una risposta infiammatoria sistemica ed è ancora una delle principali cause di morte nelle terapie intensive di tutto il pianeta.
Per questo motivo, enormi risorse sono dedicate alla ricerca di base dei suoi meccanismi e alla scoperta di farmaci.
Innumerevoli carte apparvero nelle riviste di alto impatto già nel ‘ 90, ma LA TRADUZIONE DI QUALSIASI RISULTATO ANIMALE, NON TROVÒ ALCUNA APPLICAZIONE ALLA PROVA CLINICA SULL’UOMO.
OPAL E CROSS (1999) RIASSUNSERO GIÀ ALLORA: “E’ DIVENTATO DOLOROSAMENTE EVIDENTE CHE I MODELLI ANIMALI FORNISCONO STIME ECCESSIVAMENTE OTTIMISTICHE E FUORVIANTI DEL BENEFICIO DI SOPRAVVIVENZA DI SPECIFICI FARMACI ANTISETTICI RISPETTO ALLA REALE EFFICACIA CLINICA NELLA SEPSI UMANA”.
QUESTA SITUAZIONE CON IL PASSARE DEL TEMPO, CON PIÙ PROVE A DISPOSIZIONE, E CON L’OTTIMIZZAZIONE DEGLI STUDI SU ANIMALI NON È DIVENTATA PERÒ CERTO MIGLIORE. Quando l’unico trattamento scoperto con questo approccio, la proteina C reattiva attivata, fu ritirato dal mercato nel 2011, ed erano stati eseguiti più di 100 studi clinici supplementari, DIVENNE ASSOLUTAMENTE EVIDENTE CHE OGNI SINGOLO APPROCCIO CHE AVEVA AVUTO SUCCESSO NEGLI ANIMALI ERA INVECE FALLITO.
Tuttavia, gli studi basati su animali in questo settore continuano invece ad essere finanziati.
Questo in qualche modo ricorda il comportamento del principe Amleto descritto da Polonio: “Though this be madness, yet there is method in ‘t’ ”.
I topi continuano ad essere utilizzati come modelli, e il loro fallimento nel passato si sostiene ,non sia dovuto ad un inadeguatezza generale dei modelli animali, ma piuttosto alla qualità scadente, standardizzazione e adattamento alle domande cliniche di tali studi.
E’ vero che vi è una forte evidenza di deficit nella qualità e nella segnalazione di studi su animali. Su questa base, ci si può però chiedere se il valore traslazionale è sufficientemente alto da giustificarne un ulteriore uso.
Probabilmente, la scarsa correlazione e la sua connessione con la qualità della sperimentazione animale sono caratteristiche peculiari della ricerca su infiammazione ed infezione. PER ESAMINARE QUESTO, VALE LA PENA DARE PERÒ UN’OCCHIATA AD UN CAMPO DI RICERCA COMPLETAMENTE DIVERSO: ICTUS ISCHEMICO. Condivide una caratteristica importante con la ricerca sull’infiammazione: i modelli animali sono pensati per essere concettualmente molto vicini alla situazione umana.
Nell’ictus ischemico umano, la circolazione del sangue è interrotta ed esattamente la stessa cosa è modellata in animali. Per endotossiemia, infezione o lesioni da ustione, gli stimoli negli esseri umani e topi sono esattamente gli stessi. Questa è una situazione favorevole, rispetto ai campi della neurodegenerazione legata all’età, malattie cardiovascolari, diabete di tipo II, asma o cancro, che richiedono la generazione di modelli animali abbastanza artificiali.
Tornando a noi: quanto bene lavorano i modelli animali?
ECCETTO LA TROMBOLISI, OGNI SINGOLO TRATTAMENTO NEUROPROTETTIVO PER ISCHEMIA CEREBRALE CHE HA AVUTO SUCCESSO IN MODELLI ANIMALI (OLTRE 500 SONO STATI RIPORTATI) NON È RIUSCITO NELL’UOMO. QUESTA DICHIARAZIONE NEGATIVA SI BASA SU UN GRAN NUMERO DI PROVE, CHE COMPRENDONO DECINE DI GRANDI STUDI E CENTINAIA DI STUDI PIÙ PICCOLI.
Anche in questo campo, per giustificare l’errore si è attribuito la colpa agli standard di ricerca poveri, e sono stati definiti criteri di qualità atti a modificare questa situazione.
L’ulteriore fallimento di farmaci, nonostante l’adesione a tali criteri, ha fatto scattare la progettazione di nuovi criteri. A questo proposito, ci sono tratti che ricordano molto la ricerca sull’infiammazione.
La conclusione alternativa e cioè che gli studi su animali sono intrinsecamente non adatti a prevedere la situazione umana, è stata invece considerata più raramente.
Prima di una rapida generalizzazione delle conclusioni, è certamente prudente dare un’occhiata più da vicino alle aree di ricerca adiacenti. Un campo correlato ad infiammazione ed infezioni è la ricerca che si occupa di “contromisure al terrorismo biologico, guerra biologica e chimica”.
In questo esempio viene evidenziato qui, come il dipartimento della difesa degli Stati Uniti abbia sponsorizzato un National Academy of Science del rapporto USA su “modelli animali per valutare le contromisure agli agenti di bioterrorismo”, pubblicato nel dicembre 2011 (NRC, 2011). L’UTILITÀ DEI MODELLI ANIMALI È STATA VALUTATA DA SCIENZIATI DI FAMA E LA CONCLUSIONE DELLA RELAZIONE È STATA CHE I MODELLI ANIMALI NON SAREBBERO STATI UTILI.
LA RACCOMANDAZIONE CHE INVECE FU EMESSA FU QUELLA DI SVILUPPARE SISTEMI IN VITRO UMAN CELL-BASED 3D.
QUESTA DECISIONE È STATA PRESA IN MODO COSÌ SERIO CHE COMPLESSIVAMENTE 200 MILIONI $ SONO STATI RESI DISPONIBILI PER LA RICERCA IN QUESTO CAMPO.
SETTORI SCIENTIFICI CORRELATI A QUELLO DELL’ICTUS ISCHEMICO SONO QUELLI DELLE MALATTIE NEURODEGENERATIVE COME IL MORBO DI ALZHEIMER O IL MORBO DI PARKINSON. QUESTO CAMPO HA VISTO GRANDI INVESTIMENTI DEL PRIVATO E DEL SETTORE PUBBLICO. DECINE DI FARMACI NEUROPROTETTIVI E PRINCIPI SONO STATI SCOPERTI IN ANIMALI, MA NESSUNO DI LORO HA MAI LAVORATO NELL’UOMO.
Tuttavia, la convinzione che la ricerca su modelli murini possa fornire informazioni su malattie umane e il suo utilizzo è ancora tenuto saldamente in atto da più agenzie di finanziamento scientifico.
Risultati su differenze di specie tendono ad essere trascurati, e il disallineamento dei dati disponibili da parte di un bias di pubblicazione verso risultati positivi riscontrati negli animali è stato solo recentemente svelato. Solo per citare alcuni esempi, è stato chiaro prima dello studio Seok che, il TLR4 di segnalazione, un processo fondamentale nella risposta infiammatoria, è diverso in uomo e topo, ed è noto che molti mediatori infiammatori assumono ruoli molto diversi in specie diverse.
Anche i circuiti fondamentali di controllo neurale delle vie aeree per la biologia delle cellule staminali sono molto diversi tra specie. TUTTE QUESTE EVIDENZE SUGGERISCONO CHE GLI ANIMALI NON SONO DECISAMENTE BUONI PREDITTORI DI RISPOSTE IN ESSERI UMANI, NELLE AREE DI RICERCA IN CUI ABBIAMO DATI COMPARATIVI SULLE DIVERSE SPECIE. È LA TOSSICOLOGIA UN’ECCEZIONE?
Almeno alcuni dati comparativi sono disponibili in farmaci che sono stati valutati prima negli animali, quindi nell’uomo. Il più grande studio comparativo in questo settore trova una scarsa (cioè il 43%) predittività dei roditori per l’uomo. Si afferma esplicitamente che questo non è necessariamente causa del metabolismo differente, ma è forse causa di una diversa biologia. Alcuni esempi di tali differenze molecolari in tossicodinamica sono ben noti.
Per esempio, l’uomo è circa 1000 volte più sensibile alla inibizione della Na / K ATPasi dal ouabaina glicoside cardiaco rispetto ai topi e la differenza di sensibilità ad endotossine batteriche può anche essere nell’ordine di milioni.
QUINDI, CI SONO MOLTISSIMI SINGOLI ESEMPI CHE SUGGERISCONO CHE GLI ESSERI UMANI NON SONO SEMPLICEMENTE TOPI DI 70 KG, NÉ IN FARMACOLOGIA, NÉ IN TOSSICOLOGIA.
IL RECENTE STUDIO DI SEOK ET AL (2013) HA CONFERMATO QUESTO CONCETTO, BASATO SU UN APPROCCIO AMPIO E SISTEMATICO. LE DICHIARAZIONI DI QUESTO STUDIO SONO STATE APPROVATE DA RINOMATI SCIENZIATI, CHE INVECE IN PASSATO AVEVANO INVOCATO STUDI SU ANIMALI.
LA LORO DICHIARAZIONE, SUL FALLIMENTO DEL MODELLO MURINO COME PREDITTORE DI RISPOSTE UMANE IN UNA AREA COSÌ IMPORTANTE DELLA FARMACOLOGIA DOVREBBE ESSERE PRESA SUL SERIO E CIÒ DOVREBBE SERVIRE ANCHE COME PUNTO DI RIFLESSIONE IN AMBITO TOSSICOLOGICO.