Nel 1937, un’azienda farmaceutica americana introdusse un nuovo elisir per il trattamento dello streptococco, provocando involontariamente un disastro per la salute pubblica. Il prodotto, che non era stato testato sugli esseri umani o sugli animali, conteneva un solvente che si rivelò tossico. Morirono più di 100 persone.
L’anno successivo, il Congresso approvò il Federal Food, Drug and Cosmetic Safety Act, che imponeva alle aziende farmaceutiche di presentare i dati di sicurezza alla Food and Drug Administration statunitense prima di vendere nuovi farmaci, contribuendo a inaugurare l’era dei test di tossicità sugli animali.
Ora potrebbe iniziare un nuovo capitolo nello sviluppo dei farmaci. Il FDA Modernization Act 2.0, firmato alla fine dello scorso anno, consente ai produttori di farmaci di raccogliere dati iniziali sulla sicurezza e sull’efficacia utilizzando nuovi strumenti ad alta tecnologia, come organi bioingegnerizzati, organi su chip e persino modelli computerizzati, invece di animali vivi. Il Congresso ha anche stanziato 5 milioni di dollari per la FDA per accelerare lo sviluppo di alternative alla sperimentazione animale.
Altre agenzie e altri Paesi stanno facendo passi simili. Nel 2019, l’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti ha annunciato che ridurrà e infine eliminerà i test sui mammiferi. Nel 2021, il Parlamento europeo ha chiesto un piano per eliminare gradualmente i test sugli animali. Scrive il New York Times.
Secondo gli esperti, queste iniziative sono state dettate da una serie di fattori, tra cui l’evoluzione della visione degli animali e il desiderio di rendere lo sviluppo dei farmaci più economico e veloce. Ma ciò che le rende finalmente realizzabili è lo sviluppo di sofisticate alternative alla sperimentazione animale.
È ancora presto per queste tecnologie, molte delle quali devono ancora essere perfezionate, standardizzate e convalidate prima di poter essere utilizzate di routine nello sviluppo di farmaci. Anche i sostenitori di queste alternative riconoscono che la sperimentazione animale non scomparirà tanto presto.
Tuttavia, gli esperti affermano che sta crescendo l’interesse per gli approcci che non prevedono l’uso di animali e che potrebbero contribuire ad accelerare lo sviluppo dei farmaci, a migliorare i risultati per i pazienti e a ridurre gli oneri sostenuti dagli animali da laboratorio.
“Gli animali sono semplicemente un surrogato per prevedere ciò che accadrà nell’uomo”, ha dichiarato Nicole Kleinstreuer, direttore del National Toxicology Program Interagency Center for the Evaluation of Alternative Toxicological Methods.
“Se riusciamo ad arrivare a un punto in cui abbiamo effettivamente un modello pienamente pertinente all’uomo”, ha aggiunto, “allora non abbiamo più bisogno della scatola nera degli animali”.
Il comportamento degli animali
Da decenni i gruppi per i diritti degli animali fanno pressione per ridurre la sperimentazione sugli animali e hanno trovato un pubblico sempre più ricettivo. In un sondaggio Gallup del 2022, il 43% degli americani ha dichiarato che la sperimentazione medica sugli animali è “moralmente sbagliata”, rispetto al 26% del 2001.
La riduzione dei test sugli animali “interessa a tante persone per tanti motivi diversi”, ha dichiarato Elizabeth Baker, direttrice delle politiche di ricerca presso il Physicians Committee for Responsible Medicine, un gruppo no-profit che sostiene le alternative ai test sugli animali. “L’etica animale è in effetti un fattore importante”.
Ma non è l’unico. La sperimentazione animale richiede tempo, è costosa ed è soggetta a carenze. Lo sviluppo di farmaci, in particolare, è pieno di fallimenti e molti farmaci che sembrano promettenti negli animali non si rivelano efficaci nell’uomo. “Non siamo ratti da 70 chili”, ha detto il dottor Thomas Hartung, che dirige il Johns Hopkins Center for Alternatives to Animal Testing.
Inoltre, alcuni nuovi trattamenti all’avanguardia si basano su prodotti biologici, come anticorpi o frammenti di DNA, che possono avere obiettivi specifici per l’uomo.
“C’è molta pressione, non solo per motivi etici, ma anche per motivi economici e per colmare le lacune in termini di sicurezza, per adattarsi a cose più moderne e rilevanti per l’uomo”, ha detto Hartung.
(Il dottor Hartung è l’inventore di un brevetto della Johns Hopkins University sulla produzione di organoidi cerebrali. Riceve quote di royalty dall’azienda che ha concesso in licenza la tecnologia e ne è consulente).
Nuova e coraggiosa biologia
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno sviluppato metodi più sofisticati per replicare la fisiologia umana in laboratorio.
Hanno imparato a convincere le cellule staminali umane ad assemblarsi in un piccolo gruppo tridimensionale, noto come organoide, che presenta alcune delle caratteristiche di base di uno specifico organo umano, come un cervello, un polmone o un rene.
Gli scienziati possono utilizzare questi mini-organi per studiare le basi delle malattie o per testare i trattamenti, anche su singoli pazienti. In uno studio del 2016, i ricercatori hanno creato dei mini-organi da campioni di cellule di pazienti affetti da fibrosi cistica e hanno poi usato gli organoidi per prevedere quali pazienti avrebbero risposto a nuovi farmaci.
Gli scienziati stanno anche utilizzando stampanti 3D per produrre organoidi in scala e per stampare strisce di altri tipi di tessuto umano, come la pelle.
Un altro approccio si basa sugli “organi su chip”. Questi dispositivi, che hanno più o meno le dimensioni di una batteria AA, contengono minuscoli canali che possono essere rivestiti con diversi tipi di cellule umane. I ricercatori possono pompare i farmaci attraverso i canali per simulare il modo in cui potrebbero attraversare una particolare parte del corpo.
In uno studio recente, l’azienda biotecnologica Emulate, che produce organi su chip, ha utilizzato un fegato su chip per esaminare 27 farmaci ben studiati. Tutti i farmaci avevano superato i test iniziali sugli animali, ma alcuni si erano poi rivelati tossici per il fegato nell’uomo. I ricercatori hanno riportato su Communications Medicine, lo scorso dicembre, che il fegato su chip è riuscito a individuare ben l’87% dei composti tossici.
I ricercatori possono anche collegare tra loro sistemi diversi, collegando un cuore su chip a un polmone su chip e a un fegato su chip, per studiare come un farmaco possa influire sull’intero sistema interconnesso. “Penso che il futuro sia proprio questo”, ha detto il dottor Kleinstreuer.
Calcolo dei composti
Non tutti i nuovi strumenti richiedono cellule reali. Esistono anche modelli computazionali in grado di prevedere se un composto con determinate caratteristiche chimiche sia probabilmente tossico, in che quantità raggiungerà i diversi organi e quanto rapidamente sarà metabolizzato.
I modelli possono essere adattati per rappresentare diversi tipi di pazienti. Per esempio, uno sviluppatore di farmaci potrebbe verificare se un farmaco che funziona nei giovani adulti sarebbe sicuro ed efficace negli anziani, che spesso hanno una funzione renale ridotta.
“Se si riesce a identificare i problemi il prima possibile utilizzando un modello computazionale, si evita di prendere la strada sbagliata con queste sostanze chimiche”, ha dichiarato Judith Madden, esperta di test chimici “in silico”, o basati su computer, presso la Liverpool John Moores University. (La dott.ssa Madden è anche redattore capo della rivista Alternatives to Laboratory Animals).
Alcuni di questi approcci esistono da anni, ma i progressi della tecnologia informatica e dell’intelligenza artificiale li stanno rendendo sempre più potenti e sofisticati, ha detto Madden.
Anche le cellule virtuali si sono dimostrate promettenti. Ad esempio, i ricercatori possono modellare le singole cellule cardiache umane utilizzando “una serie di equazioni che descrivono tutto ciò che accade nella cellula”, ha dichiarato Elisa Passini, responsabile del programma per lo sviluppo di farmaci presso il National Center for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research (NC3Rs), in Gran Bretagna.
In uno studio del 2017, la dott.ssa Passini, allora ricercatrice presso l’Università di Oxford, e i suoi colleghi hanno concluso che queste cellule digitali erano migliori dei modelli animali nel prevedere se decine di farmaci noti avrebbero causato problemi cardiaci negli esseri umani.
Gli scienziati stanno ora costruendo interi organi virtuali, che potrebbero essere collegati tra loro in una sorta di uomo virtuale, ha aggiunto la dottoressa Passini, anche se parte del lavoro è ancora in fase iniziale.
A breve termine, un animale da laboratorio virtuale potrebbe essere più realizzabile, ha detto Cathy Vickers, responsabile dell’innovazione presso l’NC3Rs, che sta lavorando con scienziati e aziende farmaceutiche per sviluppare un modello digitale di cane che potrebbe essere utilizzato per i test di tossicità dei farmaci.
“È ancora molto difficile sviluppare un cane virtuale”, ha dichiarato Vickers. “Ma si tratta di costruire questa capacità, di creare questo slancio”.
Ridurre o sostituire
Secondo gli esperti, molte potenziali alternative animali richiederanno ulteriori investimenti e sviluppi prima di poter essere utilizzate su larga scala. Hanno anche dei limiti. I modelli computerizzati, ad esempio, sono validi quanto i dati su cui sono costruiti, e su alcuni tipi di composti, cellule ed esiti sono disponibili più dati di altri.
Per il momento, questi metodi alternativi sono più adatti a prevedere esiti relativamente semplici e a breve termine, come la tossicità acuta, rispetto a quelli complicati e a lungo termine, come la possibilità che una sostanza chimica aumenti il rischio di cancro se usata per mesi o anni, hanno detto gli scienziati.
Gli esperti non sono d’accordo sulla misura in cui questi approcci alternativi potrebbero sostituire i modelli animali. “Stiamo assolutamente lavorando per un futuro in cui vogliamo essere in grado di sostituirli completamente”, ha detto Kleinstreuer, pur riconoscendo che potrebbero volerci decenni, “se non secoli”.
Ma altri hanno detto che queste tecnologie dovrebbero essere considerate un’integrazione e non una sostituzione della sperimentazione animale. I farmaci che si dimostrano promettenti negli organoidi o nei modelli computerizzati dovrebbero comunque essere testati sugli animali, ha dichiarato Matthew Bailey, presidente dell’Associazione nazionale per la ricerca biomedica, un gruppo no-profit che si batte per un uso responsabile degli animali nella ricerca.
“I ricercatori devono comunque essere in grado di vedere tutto ciò che accade in un organismo complesso di mammifero prima di poter passare alla sperimentazione clinica sull’uomo”.
Tuttavia, anche questo approccio più conservativo potrebbe avere dei vantaggi, ha dichiarato Nicole zur Nieden, tossicologa dello sviluppo presso l’Università della California, a Riverside, che ritiene irrealistica la sostituzione totale della sperimentazione animale.
In particolare, secondo l’esperta, i nuovi approcci potrebbero aiutare gli scienziati a escludere un numero maggiore di composti inefficaci e non sicuri prima che arrivino alla sperimentazione animale. Ciò ridurrebbe il numero di studi sugli animali che i ricercatori devono condurre e limiterebbe le sostanze chimiche a cui gli animali da laboratorio sono esposti, ha aggiunto, “Saremo in grado di ridurre enormemente la sofferenza degli animali da laboratorio”.
(Estratto dalla rassegna stampa estera a cura di eprcomunicazione)
