2. Cos’è la sperimentazione animale?
La Sperimentazione Animale (SA) è un
termine ombrello che racchiude tutte
quelle tecniche di ricerca che fanno uso
di animali vivi.

3. La SA è predittiva?
Nei test preclinici
 Secondo la Food and Drug
Administration (ente
statunitense che si occupa
dell’immissione dei farmaci) il
92% delle sostanze che passano
i test su animali non passa quelli
su umani.
 Inoltre, il 51% dei farmaci
commercializzati presenta gravi
reazioni avverse che non si
erano riscontrate in precedenza,
il che farebbe aumentare il
numero dei fallimenti dovuti
alla sperimentazione animale al
96-98%.
“The main causes of failure in
the clinic include safety
problems and lack of
effectiveness: inability to
predict these failures before
human testing or early in
clinical trials dramatically
escalates costs.”

4. La SA è predittiva?
Nella ricerca di base
Circa il 75% della ricerca di
base fa uso di animali (dati
NIH).
Uno studio del 2003,
descrivendo una ricerca
algoritmica al computer di
tutti gli articoli di ricerca di
base pubblicati in sei delle
principali riviste scientifiche,
ha fatto notare come su
25. 190 articoli ricercati:
 solo il 2% (562) aveva all’interno
parole come “terapia”, “clinico”,
“terapeutico”, “prevenzione”,
“vaccino” ed altre dello stesso
tipo.
 solo lo 0,4% (101) aveva qualche
pretesa di potenziale
applicazione agli umani
 solo 5 hanno passato i
trial clinici
solamente 1 (lo 0,004%)
ha condotto allo sviluppo
di una classe di farmaci
clinicamente utili nei 20
anni successivi alla
pubblicazione del risultato
scientifico di base

5. Differenze con gli animali: la
genetica
 • la presenza (o assenza) di certi geni.
• la presenza (o assenza) di certi alleli.
• il background genetico e i geni modificatori che agiscono sui geni influenzati dai
farmaci o dalla malattia.
• la regolazione e l’espressione dei geni.
• le reti di geni.
• lo splicing alternativo, che permette a un gene di formare o di contribuire a formare
molte proteine diverse.
• le proteine e le interazioni tra proteine.
• le interazioni tra geni e proteine.
• l’evoluzione di vecchi geni che li porta a svolgere nuove funzioni.
• il trasferimento genico orizzontale (TGO). Il TGO avviene quando i geni di un
organismo vengono incorporati in un altro organismo senza che l’organismo ricevente
discenda da quello donatore. Per esempio, la resistenza agli antibiotici può avvenire
mediante TGO.
• le caratteristiche epigenetiche. L’epigenetica è il settore relativamente nuovo che
studia i cambiamenti dell’espressione genica che possono essere ereditati e che avvengono
senza modifiche della sequenza di DNA coinvolta. Per esempio, a causa di influenze
ambientali, un gene regolatore può essere modificato in modo tale da attivarsi o
disattivarsi permettendo a una malattia di manifestarsi.
• la presenza di mutazioni geniche e cromosomiche come i polimorfismi del singolo
nucleotide, le varianti del numero di copie, le duplicazioni, le inversioni, le cancellazioni e
le inserzioni.

6. Differenze con gli animali: i sistemi
complessi
Gli animali (uomo
 I sistemi complessi sono costituiti
da molti componenti che possono
essere raggruppati in moduli che
interagiscono tra loro, hanno
proprietà emergenti che derivano
dalle interazioni tra le parti, sono
resistenti ai cambiamenti,
esibiscono ridondanza nei loro
componenti, sono autoorganizzati, danno risposte non
lineari, hanno livelli gerarchici di
organizzazione, interagiscono con
l’ambiente, hanno cicli di
retroazione e sono dinamici.
compreso) sono tipici
esempi di sistemi
complessi a molti livelli,
dotati di proprietà
emergenti, modulari e
non lineari. Una
perturbazione nel sistema
S1 che provoca un effetto
A, non necessariamente
porterà allo stesso effetto
A nel sistema complesso
S2, a prescindere da
quanto “simili” possano
essere i sistemi S1 ed S2.

7. Caratteri conservativi e
sistemi complessi
Mentre nello studio dei processi biochimici di base non c’è
bisogno di “scomodare” l’organismo intero nella sua
complessità in quanto l’esame del processo conservato
avviene allo stesso livello di organizzazione o nello stesso
modulo ed è soggetto di studio del riduzionismo, l’uso del
modello animale quale modello causale analogo (CAM)
ovvero come modello predittivo per l’uomo nello studio di
patologie umane complesse, reazione a farmaci e vaccini,
dispositivi, xenobiotici, ecc. implica spesso che il tratto o
la risposta in fase di studio sia situato a livelli più alti
di organizzazione, si trovi in un modulo diverso, o sia
influenzato da altri moduli e dunque la mera presenza
di processi conservati tra le specie diviene insufficiente per
l’estrapolazione dei dati all’uomo.

8. I modelli animali geneticamente
modificati sono predittivi?
 No. La modificazione genetica dei
modelli animali tramite l’aggiunta
di geni esogeni (animali
transgenici) o tramite
l’inattivazione o la delezione di
geni (animali knockout) è spesso
effettuata per renderli dei modelli
più vicini all’essere umano.
Tuttavia, oltre ad essere molto
tecnicamente difficile da
raggiungere, tale modifica può
non consentire conclusioni chiare
a causa di un gran numero di
fattori, tra cui quelli che riflettono
la complessità intrinseca degli
organismi viventi, quali la
variabile ridondanza di alcune vie
metaboliche tra specie.
 I modelli basati sull’uso di knockout
genico sono spesso deludenti. Nel
30% dei knockout, non vengono
osservati effetti fenotipici, forse a
causa delle osservazioni
insufficienti degli animali o perché
il meccanismo di ridondanza
maschera gli effetti del knockout. In
altri casi, l’interferenza del gene,
che è stato eliminato con altri geni,
è troppo complessa e non può
essere analizzata facilmente, non
portando ad alcuna chiara
conclusione.
Spesso, infatti, nei modelli animali
geneticamente modificati,
l’organismo esprime reazioni
che annullano, compensano o
modificano la risposta

9. I modelli animali geneticamente
modificati sono predittivi?
Lynch:
Stingl, Völkel e Lindl, dopo 20 anni
di studio dell’ipertensione su
 “L’annotazione delle funzioni geniche
animali GM
basata esclusivamente su fenotipi
mutanti in modelli animali, così come  “Perciò, anche se questi
le assunzioni di funzioni conservate tra le
approcci sono ritenuti senza
specie, possono essere fuorvianti.”
eccezione “molto
[…] l’ipotesi che le funzioni geniche e i
promettenti” in letteratura,
sistemi genetici siano conservati tra i
non ci si può aspettare che la
modelli e gli esseri umani è data per
ricerca sugli Organismi
scontata, spesso a dispetto di prove
che le funzioni e le reti geniche
Geneticamente Modificati
divergono nel corso dell’evoluzione.
rechi alcun contributo ad una
[…] i modelli animali di funzioni
nuova strategia terapeutica
geniche e di malattie umane non
nel prossimo futuro.”
possono fornire informazioni
adeguate, in particolare per la rapida
evoluzione di geni e sistemi.”

10. I modelli animali geneticamente
modificati sono predittivi?
1) I geni, le proteine, le
interazioni proteinaproteina, l’epressione e la
regolazione dei geni
variano con la specie in
questione.
2) Gli animali
geneticamente modificati
hanno ancora organi e
sistemi che influenzano
l’intero organismo a parte
il gene modificato in
questione.
3) Gli animali sono sistemi
complessi, pertanto lievi
modificazioni del sistema,
salvo in caso di ridondanza
(che è nota per essere un
importante fattore di
confusione negli studi
genetici knockout),
possono avere
conseguenze indesiderate
e impreviste per il sistema
nel suo complesso (gli
effetti pleiotropici sono
rilevanti in questo
ambito).

11. I modelli animali geneticamente
modificati sono predittivi?
 4) Gli effetti poligenici sono difficili
da studiare usando le correnti
tecnologie. Come osservato da Hau:
“Molte funzioni fisiologiche sono
poligeniche e controllate da più di un
gene, e questo richiede attività di
ricerca considerabili per identificare
il contributo di geni multipli nei
meccanismi biologici normali come
in quelli anormali. L’inserimento di
DNA nel genoma di animali o la
delezione di specifici geni dà luogo a
risultati spesso imprevedibili in
termini di risultati scientifici,
nonché in termini di benessere
animale nelle prime generazioni di
animali prodotti.”
 5) Le variazioni intraspecifiche nella
genetica degli animali modificati
possono essere un fattore di
confusione che maschera gli effetti
della manipolazione genetica:
“I topi in ogni background inbred
sono geneticamente identici,
tuttavia quando non sono in un
background puro, le differenze
fenotipiche possono essere correlate
a differenze nel background dei ceppi
piuttosto che alla stessa
manipolazione genetica. L’uso di
topi fratelli nel background misto
aiuta ma, a seconda del fenotipo,
potrebbe non essere sufficiente”.
(Shapiro 2007)

12. Modelli animali e reazioni avverse
ai farmaci
Ogni anno, per colpa degli effetti avversi ai farmaci, 1,5
milioni di persone vengono danneggiate al punto da
richiedere un’ospedalizzazione solo negli USA e 197 000
muoiono solo nell’UE.
Uno studio del 2012 ha dimostrato che i test su animali
hanno omesso nell’81% dei casi di segnalare 93 gravi
reazioni avverse legate a 43 farmaci presi in esame che
hanno seriamente danneggiato i pazienti a cui furono
somministrati.
Tutto ciò nonostante agli animali vengano somministrate
dosi elevate e per lunghi periodi, proprio allo scopo di far
emergere anche i potenziali effetti collaterali rari.

13. Psichiatria e sperimentazione
animale
“Gli attuali test basati su animali hanno fallito
nell’identificare farmaci efficaci con nuovi meccanismi
molecolari, e hanno dato una scarsa comprensione della
patofisiologia dei comuni disturbi psichiatrici […]
Anatomicamente, gran parte dei circuiti neurali coinvolti
nei sintomi psichiatrici – ad esempio, quelli della corteccia
cerebrale prefrontale – sono nuovi o notevolmente espansi
negli esseri umani, e i pattern di espressione genica nella
corteccia cerebrale umana sembrano anch’essi essere
recentemente evoluti, anche rispetto ai primati non umani.
[…]
i disturbi psichiatrici sono molto più eterogenei e poligenici,
mettendo in dubbio l’utilità dei modelli murini genetici
esistenti.” (Hyman 2012)

14. Il modello animale dovrebbe
essere sottoposto a validazione?
“L’affermazione che i test su animali siano
intrinsecamente validi, solo perchè sono test su
animali, è discussa e respinta. Si è concluso che non
c’è alcuna ragione giustificabile per sottoporre i
test su animali a procedure nuove o
considerevolmente modificate che siano meno
rigorose di quelle applicate ai test senza animali e
alle strategie di sperimentazione”
(Balls 2004)

15. I modelli animali sono predittivi?
Valore predittivo
Riproducibilità
Secondo quanto ci
 Hartung riporta i dati di
comunicano Hackam e
Redelmeier, la concordanza
positiva dell’animale non
supera il 33%, mentre
secondo Greek, che riporta a
sua volta i risultati di
Heywood, il valore predittivo
positivo sarebbe pari al 31%.
Gottmann e colleghi, i quali,
valutando il potenziale
carcinogenico di 121 sostanze,
hanno comparato i risultati
provenienti dalla letteratura
scientifica generale con quelli
del National Cancer
Institute/National Toxicology
Program e hanno rilevato solo il
57% di concordanza a parità di
specie (topi e ratti).
La trasposizione di questi
risultati all’uomo sarà dunque
ancora più bassa.

16. Predittività richiesta nella
validazione dei metodi alternativi
Criteri di rilevanza
Criteri di riproducibilità
“Screening tests: predictive
“Screening tests: c. 70
value >0.50 (e.g., better than
random classification)
Adjunct tests: predictive
value >/=0.75
Replacement tests:
predictive value >/=0.90.”
Il modello animale sarebbe
considerato “random”.
Adjunct tests: c. 70
Replacement tests: c. 80%
(or better than the
reproducibility of the
particular animal test
concerned).”
La riproducibilità del
modello animale è al di sotto
di quella richiesta ai test di
screening.

17. Esistono metodi sostitutivi?
Sì
No
Se valutiamo:
- Le metodologie non
Se valutiamo solo le
approvate dall’ECVAM
- L’uso di più metodi
alternativi in maniera
integrata (Integrated Testing
Strategies)
La ricerca di base non
richiede validazione  vi
sono metodi alternativi nella
ricerca di base
metodologie approvate
dall’ECVAM.

18. Difetti di validazione dei Metodi Alternativi
 Tempi di attesa lunghi per
prevalidazione, validazione e
inserimento nelle linee guida dei
metodi alternativi
 Comparazione del metodo
alternativo con modello animale e
non con meta-analisi
retrospettive derivanti da dati
conosciuti sull’uomo (validazione
retrospettiva).
 Mancanza di priorità ai potenziali
sostitutivi rispetto ai metodi che
mirano a ridurre la
sperimentazione animale
 Mancanza di priorità ai metodi il
cui campo d'azione si estende a
più ambiti sperimentali
 Mancanza di priorità ai metodi
che utilizzano cellule umane e
non animali.
Il caso del Cytosensor
Microphysiometer
 Il Cytosensor Microphysiometer,
che doveva rimpiazzare il Draize
Test, diede un risultato
inizialmente inconcludente, dato
che si confrontò il suo risultato
con quello del Draize test stesso,
finchè non fu validato grazie a
meta-analisi retrospettive.
 Ciò dimostra inequivocabilmente
che comparare i dati di un
metodo alternativo con quelli di
un modello mai validato, come
l’animale, può darci risultati
fuorvianti sulle potenzialità della
metodologia che si sta valutando.

19. Principali metodi alternativi
 Organs-on-a-chip: sono chip microfluidici che simulano l'attività, la risposta
meccanica e fisiologica di interi organi e sistemi.
 Bioreattori Multi-Compartimentali Modulari (McmB): sono sistemi di
colture cellulari in 3D a più camere interconnesse che permettono di riprodurre la
complessità dell'organismo in vivo e le interazioni organo-organo.
 Co-colture integrate discrete multiorgano (IdMOC): sono dei nuovi sistemi
in vitro in grado di valutare gli effetti biologici delle sostanze con interazioni tra più tipi
di cellule, tra cui interazioni endocrine, paracrine e metaboliche. Permettono di studiare
la tossicità e la farmacologia dipendenti dal metabolismo.
 Medicina personalizzata: è la prescrizione personalizzata di farmaci sulla base di
informazioni raccolte con la farmacogenomica. La farmacogenomica è la branca
della farmacologia che si occupa dell’influenza della variabilità genetica sulla risposta al
farmaco da parte dei pazienti, correlando l’espressione genica o la variazione dei singoli
nucleotidi con l’efficacia, la tossicità e le interazioni tra i farmaci.
 Metodologie in vitro e in silico avanzate: le attuali tecnologie in vitro in 2D non
riescono a riprodurre efficacemente l’organismo umano, spesso inoltre si utilizzano
tessuti animali al posto di corrispettivi umani, si tarano i metodi in silico su topi
piuttosto che su esseri umani e si utilizzano queste metodologie in maniera isolata e
disorganizzata. Pertanto richiediamo l’implementazione e lo sviluppo di tecnologie
avanzate in silico e in vitro 3D su tessuti umani, utilizzate in maniera integrata tra loro
in modo da poter superare le limitazioni dei singoli metodi.
ma anche microarray, neuroimaging, microdosing, organi bioartificiali,
virtual organs, tossicogenomica, proteomica, metabolomica, cellule
staminali, modelli matematici e molto altro.

20. http://opposizionesperimentazioneanimale.wordpress
.com