Modelos Animales En Investigacion

Universidad del Zulia

Facultad de Medicina

Instituto de Investigaciones Clínicas “Dr. Américo Negrette”

Electiva: Laboratorios de Investigación Clínica

Modelos Animales en Investigación Biomédica

Ricardo Cárdenas Fernández, M.C.

Sección de Neurofarmacología y Neurociencias, IIC

¿Qué es un modelo?

En términos generales, un modelo es la representación de un objeto existente. En investigación biomédica, un modelo animal se define como “un organismo vivo que presenta un proceso patológico heredado, adquirido naturalmente o inducido, que en una forma u otra se asemeja mucho al mismo fenómeno en el humano” (Wesler, 1976). Los modelos le permiten al investigador comprender y estudiar procesos fisiopatológicos y el impacto de la intervención diagnóstica y terapéutica sobre los mismos.

Los modelos animales poseen características físicas o sufren enfermedades similares a las que padecen los humanos, permitiéndonos establecer comparaciones entre fisiología animal y humana, ayudándonos de esta forma a comprender cómo funciona el cuerpo humano en la salud y la enfermedad.

Tipos de modelos utilizados

Según el criterio que se considere, los modelos utilizados en investigación biomédica pueden clasificarse en varios tipos:

• Modelos análogos: relacionan una estructura o proceso a otro y no son exclusivos de la investigación biomédica. P.ej.: modelos de aeroplanos a escala no son aeroplanos en sí, pero permiten apreciar la forma como las distintas partes se articulan entre sí y cómo pueden hacerse mejoras. De manera similar, pueden utilizarse animales de gran tamaño (como los cerdos) para el desarrollo de técnicas e instrumentos quirúrgicos novedosos mínimamente invasivos. Estos modelos son comunes en física, ingeniería y matemáticas.

• Modelos homólogos: reflejan secuencias genéticas contrapuestas y sólo se usan en investigación biomédica. Muchos modelos animales son, a la vez, análogos y verdaderamente homólogos.

• Modelos in vitro: células aisladas, sistemas de cultivo celular, preparaciones de cortes histológicos u órganos aislados perfundidos. Los experimentos que utilizan sistemas in vitro son particularmente útiles en las fases tempranas de estudios en los cuales es necesario el screening de un gran número de candidatos terapéuticos potenciales. Los modelos in vitro, sin embargo, son por definición no-fisiológicos y muestran limitaciones importantes

• Modelos in vivo: las criaturas vivas son biológicamente complejas y esto es particularmente cierto en animales superiores, como el hombre. A pesar que los datos obtenidos en experimentos in vitro pueden establecer mecanismos y definir toxicidades, los sistemas biológicos in vivo utilizados en animales vivos (organismos completos), son necesarios para estudiar la forma en que tales mecanismos se comportan bajo condiciones clínicas o fisiopatológicas

• Modelos espontáneos: el animal muestra características naturales similares a las de los humanos en estados de enfermedad. Los modelos espontáneos permiten estudiar como ciertos factores (dieta, genética, ambiente e inmunidad), contribuyen a la enfermedad

• Modelos inducidos: el animal es alterado mediante cirugía o manipulación genética para manifestar un estado patológico similar al del humano. Los modelos inducidos son útiles para estudiar las causas subyacentes de la enfermedad, y constituyen una herramienta común en investigación para identificar posibles blancos farmacológicos.

• Modelos invertebrados: útiles en el campo de la neurobiología, genética y biología del desarrollo

• Modelos vertebrados: responsables de muchos de los avances biomédicos de que disponemos en la actualidad; fundamentales en investigación traslacional.

Breve historia del uso de animales en investigación

• Erasístrato de Alejandría (302 – 258 AC): estudió la función del corazón y el sistema respiratorio en cerdos

• Galeno (129 – 200), publicó tratados de anatomía, basados en disecciones en cerdos y en primates (las disecciones en cadáveres humanos eran prohibidas por las autoridades religiosas y legales). Aunque estas observaciones e interpretaciones eran frecuentemente erróneas, establecieron la disciplina de la anatomía comparada

• En 1628, William Harvey publicó su obra maestra sobre circulación, basada en estudios en animales

• El padre de la fisiología moderna, Claude Bernard (1813-1895), estableció las bases de la disciplina a partir de estudios en animales

• Louis Pasteur (1822-1895) utilizó animales en la validación del método experimental en microbiología

• La primera vacuna contra la viruela fue desarrollada a partir de estudios de la viruela bovina, en vacas

• Desde los años 1960, cientos de miles de válvulas cardíacas de vacas y cerdos han sido trasplantadas a humanos

• El primer mamífero clonado a partir de una célula no-germinal fue una oveja

• EL hipotálamo de cerdos y ovejas fueron usados para secuenciar la TSH y GnRH, lo que condujo al Premio Nóbel de 1977

• Las prostaglandinas fueron aisladas originalmente en ovejas

• La insulina se obtenía originalmente de vacas y cerdos

• Los priones, agentes causales de la encefalopatía espongiforme bovina (la “enfermedad de las vacas locas”) y la enfermedad de Creutzfeld-Jakob en humanos, fueron aislados originalmente en cabras y ovejas

¿Por qué usar animales en investigación biomédica?

Los animales son utilizados en investigación cuando existe la necesidad de demostrar qué ocurre en el organismo vivo completo, que es muchísimo más complejo que la suma de sus partes. Es difícil, y en la mayoría de los casos, imposible, reemplazar el uso de animales vivos en investigación con métodos alternativos. Hay cuatro razones principales por las cuales se utilizan animales en investigación

1. Para el progreso del conocimiento científico

La investigación biológica básica nos ayuda a comprender mejor la forma cómo trabajan los sistemas vivos, de forma que podamos aplicar dicho conocimiento para el beneficio de animales y humanos. El estudio de los animales es una parte vital de este proceso de investigación. Muchos procesos celulares básicos son iguales en todos los animales, y el cuerpo de animales y humanos es similar en la forma en la cual llevan a cabo muchas funciones vitales, como la respiración, digestión, movimientos, vista, audición, y reproducción. Para el tratamiento de las enfermedades, los médicos y científicos deben comprender cómo el cuerpo sano funciona. Ello conduce, a su vez, a la comprensión de lo que ocurre al cuerpo cuando caemos enfermos y cómo sanarlo

Una gran proporción del conocimiento de la anatomía y fisiología humana tiene su origen en hallazgos científicos en investigación animal. La comparación entre diferentes especies y el estudio de las diferencias y similitudes entre ellas es una forma de adquirir este conocimiento. Incluso animales sencillos pueden utilizarse para estudiar sistemas biológicos complejos, como el sistema nervioso e inmunitario, que siguen la misma organización y función básica en todos los animales. Por ejemplo, se ha aprendido mucho sobre la función de las neuronas estudiando el axón gigante del calamar. La información así obtenida puede entonces aplicarse a humanos y animales superiores.

2. Como modelos para el estudio de enfermedades

Los humanos y los animales comparten cientos de enfermedades, de modo que los animales pueden usarse como modelos para el estudio de enfermedades en humanos. Por ejemplo, los conejos sufren de aterosclerosis, así como enfermedades como enfisema pulmonar y trastornos como espina bífida; los perros sufren de cáncer, diabetes, cataratas, úlceras y trastornos hemorrágicos como la hemofilia, lo que los hace candidatos naturales para la investigación de estos trastornos. Los gatos sufren de los mismos trastornos visuales que los humanos. A partir de tales modelos comprendemos cómo la enfermedad afecta al cuerpo, cómo responde el sistema inmunitario, quién puede ser afectado, etc.

Los modelos animales le permiten a los investigadores explorar terapias potenciales de maneras que no son posibles en humanos. El estudio de los mecanismos de las enfermedades en modelos animales conduce directamente al desarrollo de nuevas tecnologías y fármacos que benefician tanto a humanos como a animales.

3. Para desarrollar y probar formas potenciales de tratamiento

Una vez que los investigadores aprenden más sobre una enfermedad, los animales son utilizados para desarrollar y probar estas terapias potenciales como parte del proceso de investigación aplicada. Así, por ejemplo, fármacos para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson han sido desarrollados utilizando modelos animales que muestran síntomas semejantes a la enfermedad de Parkinson. Modelos como éste son esenciales para aplicar los resultados de la investigación biológica a problemas médicos reales, permitiendo descubrir nuevos blancos para la intervención de la enfermedad. Los datos de estudios en animales son esenciales antes de que las técnicas y procedimientos quirúrgicos y terapéuticos nuevos puedan ser probados en pacientes humanos.

Herramientas diagnósticas tales como escáners, e implantes como los marcapasos o caderas artificiales,

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