Наука без жертви: как микрочиповете и изкуственият интелект спасяват живота на животни и хора

Невероятният път от лабораторните животни до органите върху чипа.

В съвременния свят научните изследвания се променят бързо и в центъра на тази промяна е преминаването от използване на лабораторни животни към иновативни методи, които в по-голяма степен наподобяват човешката биология. Този преход обещава не само да подобри точността на медицинските изследвания, но и да намали използването на животни в науката, което може значително да подобри както научните резултати, така и етичните стандарти.

Милиони животни, включително мишки, плъхове, кучета, котки, маймуни и риби, се използват в лабораторните изследвания в целия свят всяка година. По-голямата част от тези изследвания са съсредоточени в четири основни области: разработване на лекарства, тестване на химическа токсичност, козметика и биомедицински изследвания. Въпреки че изследванията върху животни доведоха до важни открития, като например създаването на ваксини срещу COVID-19 и разработването на лекарства за лечение на рак и ХИВ, все повече учени започват да се съмняват в ефективността на този подход.

Една от основните причини за тези съмнения е ниският процент на успеваемост при прехвърлянето на резултатите от изследванията от животни към хора. Около 90% от новите лекарства, които показват ефикасност при животните, не стигат до клинични тестове върху хора. Това не само забавя процеса на разработване на нови лекарства, но и увеличава разходите за тези изследвания до 2,3 млрд. долара за всяко ново лекарство. Тези данни показват, че биологията на животните често се различава твърде много от тази на човека, което ги прави неидеални модели за медицински изследвания.

Именно с тези предизвикателства се сблъсква Ици Моралес Пантоха, когато започва да работи по докторантурата си по клетъчна и молекулярна медицина. След две години работа с мишки, на които изкуствено е била предизвикана множествена склероза, тя осъзнава, че резултатите от нейните изследвания върху животните нямат пряко приложение при хората. Разработеният от нея антиоксидант показал добри резултати при мишки, но бил неефективен при човешките проби. Този опит я подтиква да промени изследователския си фокус и да започне да работи с човешки мозъчни образци, отгледани в лаборатория.

През изминалите няколко години в света на науката все повече лаборатории, стартиращи предприятия и организации с нестопанска цел разработват алтернативни методи, които могат да заменят животните в изследванията. Тези методи включват технологии за машинно обучение, които прогнозират токсичността на химикалите, както и „органи върху чипа“ – живи микромодели на човешки органи, които могат да се комбинират, за да имитират работата на телесните системи. Някои от тези разработки вече са толкова успешни, че редица лаборатории започнаха напълно да се отказват от използването на животни.

Законодателните промени също подхранват този процес. През 2021 г. Европейският парламент прие резолюция за постепенното прекратяване на опитите с животни в научните изследвания. Австралия започна активно да проучва алтернативни модели за разработване на медицински продукти. В САЩ през 2022 г. беше приет закон, отменящ задължителните тестове върху животни при кандидатстване за нови лекарства, което е важна стъпка към въвеждането на алтернативни методи. В Мериленд през 2023 г. беше приет закон, според който лабораториите, използващи животни, трябва да финансират разработването на методи, които се фокусират върху човешката биология.

Но въпреки тези прогресивни промени пълното изключване на животните от научните изследвания все още е далечна перспектива. Някои експерти смятат, че в някои области, като например изследванията на основните биологични механизми, преминаването към новите методи може да отнеме повече време, тъй като те включват сложни взаимодействия между органите, които все още не могат да бъдат напълно възпроизведени в лабораторията.

Въпреки това козметичната индустрия вече е постигнала значителен напредък в отказа си от изпитвания върху животни, главно поради натиска на потребителите. Повече от 45 държави, включително 12 щата на САЩ, вече са забранили използването на животни при тестването на козметичните продукти. Други области, като например тестването на химическата токсичност, също претърпяват значителни промени. Алгоритмите, базирани на изкуствен интелект, обучени на големи масиви от данни, показват по-голяма точност при прогнозиране на токсичността на химикалите в сравнение с животните.

Въпреки тези постижения някои експерти предупреждават, че не трябва напълно да се отказваме от животните. Така например екотоксиколозите се опасяват, че новите методи могат да пропуснат негативните ефекти, които биха могли да бъдат открити при животинските методи. Въпреки това агенции като Агенцията за опазване на околната среда на САЩ (EPA) подчертават, че преминаването към алтернативни методи има за цел по-добра защита на човешкото здраве, като се използват най-добрите налични научни данни.

Пример за успешното прилагане на алтернативни методи е работата на Emulate, компания, специализирана в областта на органите върху чипа (organ-on-a-chip). Тези чипове представляват платформи, покрити с човешки клетки и тъкани, които могат да възпроизвеждат микросредата на различни органи. Вече е доказано, че тези чипове са много ефективни при изследванията на токсичността на лекарствата и могат значително да намалят разходите и времето за разработване на нови лекарства. Например, Moderna е спестила милиони долари и няколко години, като е използвала чипове на Emulate за тестване на нови молекули.

Нови инструменти активно се разработват и в академичните среди. В университета „Джонс Хопкинс“ работят върху модели на болестта на Алцхаймер и мускулната дистрофия, базирани на стволови клетки, което дава възможност за изучаване на заболяванията на клетъчно ниво и за разработване на по-персонализирани подходи за лечение.

През следващите години се очаква по-нататъшно развитие на алтернативните методи в науката, което вероятно ще доведе до намаляване на използването на животни в научните изследвания. Този процес обаче отнема време и изисква сътрудничество между учените, законодателите и индустрията за създаване на научнообосновани стандарти и методи, които могат да заменят животните в научните изследвания. Установено е, че бъдещето на науката все повече се фокусира върху модели, ориентирани към човека, които обещават да подобрят както точността на изследванията, така и етичните стандарти.