Gli eroi non celebrati della ricerca biomedica: perché i topi sono fondamentali per la scienza

La prossima volta che prendi una medicina, dedica un pensiero ai topi di laboratorio che hanno contribuito a portarla sul mercato, come innumerevoli altre cure.

L’uso dei topi nella ricerca biomedica è stato diffuso per oltre un secolo, diventando così fondamentale per le indagini che l’industria ha messo a punto veri e propri cataloghi di modelli murini da cui gli scienziati possono ordinare.

“Abbiamo circa 13.000 topi diversi che siamo in grado di inviare ai ricercatori. Ed è un catalogo, vai online e puoi leggere tutto su ciascuno di questi topi “, ha affermato la dott. ssa Nadia Rosenthal, direttrice scientifica e professoressa presso il Jackson Laboratory for Mammalian Genetics, sede di uno dei più grandi cataloghi di topi del pianeta .

Alcune persone potrebbero trovare sbalorditiva l’idea dei “topi clicca e raccogli”, ma per Rosenthal, ciò che è sbalorditivo è la quantità di progressi scientifici che ha visto nella sua vita grazie a loro.

“Il novanta per cento di ciò che sappiamo sulla biologia o l’80 per cento è legato al lavoro con gli animali”, ha affermato il dottor Marc Dhenain, direttore della ricerca presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS).

“Le persone che guardano alla sperimentazione animale da lontano, penso, hanno difficoltà a rendersi conto del livello di complessità che può essere raggiunto nella comprensione dei meccanismi biologici fini attraverso le modificazioni genetiche nei topi”, ha detto a Euronews Next.

Perché gli scienziati hanno bisogno di topi GM?

I topi e gli esseri umani condividono oltre l’85% dei loro geni. Alcune specie di topi sviluppano persino malattie umane; il diabete di tipo 1 e il cancro sono alcuni esempi. E quando non lo fanno, il loro genoma può essere geneticamente modificato.

Per studiare le malattie e la biologia umana, gli scienziati lavorano con modelli murini “umanizzati”, ossia topi che sono stati geneticamente modificati per trasportare geni o cellule umane.

Ad esempio, durante la pandemia di coronavirus, i ricercatori hanno progettato una razza di topi in grado di esprimere la versione umana di una proteina chiamata ACE2 in modo che i roditori potessero essere infettati da SARS-CoV-2.

“Possiamo giocare, possiamo modificare il genoma a piacimento nel topo, studiare le funzioni geniche e testare ipotesi”, ha affermato il dottor Xavier Montagutelli, che è stato condirettore del corso di genetica del topo dell’Institut Pasteur dal 1995.

Quindi valutano: cosa succede se sovraesprimiamo un dato gene? Cosa succede se produce più di una proteina?

I topi geneticamente modificati sono il soggetto di laboratorio ideale perché consentono agli scienziati di concentrarsi su un singolo cambiamento genetico – o più in alcuni casi – e vedere come influisce sulla salute o sul comportamento dei topi, senza preoccuparsi di altre variabili che potrebbero influenzare i risultati.

“I ceppi inbred nei topi, che sono popolazioni geneticamente omogenee, forniscono molta potenza per i test a scopo sperimentale. Molto più potente che se facessi questo studio direttamente sugli esseri umani”, ha detto Montagutelli.

C57BL/6J: il modello di mouse preferito

Nei cataloghi di topi, i ricercatori possono apprendere tutto ciò che è stato fatto per caratterizzare razze specifiche, dal livello molecolare e genetico, fino al livello fisiologico. “Noi lo chiamiamo fenotipizzazione”, ha spiegato Rosenthal.

Gli scienziati quindi selezionano e ordinano i loro topi in base alla mutazione rilevante per la loro ricerca, ad esempio un gene o un’alterazione nel DNA che causa la malattia negli esseri umani che stanno cercando di capire. I roditori vengono consegnati in contenitori di spedizione progettati per ridurre al minimo il loro stress e l’esposizione agli agenti infettivi.

C’è una specie di topo che gli scienziati apprezzano particolarmente: C57BL/6J, the primo ceppo di topo avere il suo genoma completamente sequenziato.

“È diventato quasi come un topo domestico per i ricercatori”, ha detto Rosenthal.

C57BL/6J è completamente inbred, consentendo ai ricercatori di ottenere efficacemente lo stesso topo ogni volta che sperimentano. “Se ordini un topo dal laboratorio Jackson oggi, sarà geneticamente lo stesso di un topo nel 1985”, ha spiegato.

Ma perché i topi, e non altre specie geneticamente più vicine all’uomo?

“Ci sono così tanti geni diversi che possono essere modificati nei topi che non sarà mai possibile modificarli nei primati”, ha spiegato Dhenain, specialista in invecchiamento cerebrale e malattia di Alzheimer.

Ci sono anche alcune “considerazioni pratiche”, ha detto Montagutelli. Poiché i topi sono piccoli, portano più embrioni e gestano in circa tre settimane – mentre i primati di solito portano un embrione per diversi mesi – possono essere facilmente allevati in gran numero per esperimenti di laboratorio.

Gli scienziati vogliono anche ridurre il più possibile l’uso dei primati nella ricerca “per ovvi motivi morali” e devono seguire la regolamentazione, che generalmente afferma che la sperimentazione con i primati dovrebbe essere evitata con tutti i mezzi possibili, ad eccezione di malattie infettive umane molto minacciose e letali.

Da queste regole di base, gli scienziati usano il modello più appropriato per i loro scopi di ricerca: “Possono essere mosche, possono essere zebrafish, possono essere vermi”, ha detto Montagutelli, ma capita che molto spesso siano topi.

“I topi sono stati usati per circa 220 anni e sono state accumulate molte conoscenze sulla loro genetica, fisiologia e biochimica”, ha aggiunto.

Qual è il futuro dei topi da laboratorio?

La prospettiva di manipolare il genoma del topo con una precisione crescente ha sollevato le aspettative di una moltitudine di scoperte rivoluzionarie.

L’interrogazione dei meccanismi biologici in una varietà di background genetici “si è già dimostrata molto, molto utile”, ha affermato Montagutelli. “Anche la fine regolazione del funzionamento dei geni, che siamo ancora lontani dalla piena comprensione, è entusiasmante”.

Il numero di ceppi di topi oggi è “geneticamente diverso quanto le popolazioni umane di diversi paesi in diverse parti del mondo”, ha aggiunto.

Rosenthal ha affermato che le persone sul campo stanno iniziando a rendersi conto di quanto sia importante rendere i topi di laboratorio “diversi come gli umani che stiamo cercando di curare”.

“Se i topi sono tutti uguali, avranno gli stessi risultati, ma potrebbero non essere i risultati rilevanti per un paziente”, ha spiegato.

Ma alcuni scienziati sostengono che i nuovi approcci basati sulle cellule potrebbero eliminare la necessità della macellazione degli animali e dei topi da laboratorio geneticamente modificati.

Il dottor Stephen G. Gray, un bioingegnere con un background nella creazione di alimenti a base di cellule e terapie a base di cellule, ritiene che molte tecnologie emergenti, in particolare la biologia sintetica, probabilmente eclisseranno i topi e altri tipi di test sugli animali nel prossimo futuro.

“Se la bioproduzione di tessuti umani [the process of creating human tissues in a laboratory] per esempio, raggiunge il giusto prezzo e diventa più scalabile, avrà un grande impatto sulla riduzione dei test sugli animali”, ha detto a Euronews Next.

Gli organoidi – minuscole colture di tessuti tridimensionali auto-organizzate che derivano da cellule staminali – potrebbero anche “aiutarci a ottenere preziose informazioni su molte cose diverse”, ha detto, “almeno per la scoperta di farmaci, lo sviluppo di farmaci e la coltura cellulare ; So che ci sono limitazioni per i dispositivi medici”.

Rosenthal condivide la prospettiva di Gray secondo cui le cellule umane potrebbero sbloccare una ricchezza di preziose intuizioni, “a differenza di questi topi che sono così lontani da tutto ciò che è realistico in termini di comunità umana o popolazione”.

Ma il problema, ha aggiunto, è che quando hai così tante variazioni nelle cellule provenienti da persone geneticamente diverse, “non c’è modo di testare un’ipotesi, mentre quando hai un modello animale, puoi standardizzare le cose e testarle”. .

Dhenain sottolinea anche che i topi di laboratorio “non hanno una vita miserabile”.

C’è un forte controllo per assicurarsi che gli animali coinvolti negli esperimenti non soffrano, ha detto, “compresi i protocolli per prevenire la sofferenza, dagli antidolorifici all’interruzione degli esperimenti che inducono sofferenza prima che si verifichi il dolore”.

“Passiamo molto tempo a pensare a come far sentire un topo sicuro e felice, perché altrimenti non sono buoni modelli. Voglio dire, è ovvio che non vuoi un topo malato, angosciato o stressato “, ha detto Rosenthal.

Gli esseri umani addomesticano gli animali da molto tempo e i topi sono solo uno degli animali che sono stati selezionati, in questo caso non per il cibo, ma per la ricerca, affermano gli scienziati, che ammettono di aver sviluppato abitualmente sentimenti per i loro topi di laboratorio .

“Sono un fan assoluto del topo”, ha detto Rosenthal. “Li adoro. Penso che siano animali incredibili, e sono molto più complicati e ricchi di sfumature di quanto si possa pensare”.