Miguel Garcia-Gonzalez Investigador del IDIS-CHUS 15 Octubre, 2012.

Transcripción

1 Miguel Garcia-Gonzalez Investigador del IDIS-CHUS 15 Octubre, 2012.

2 La Importancia de los Modelos Animales en Experimentación Biomédica

3 Índice Modelos Animales en Experimentación Biomédica: - Importancia - Por qué se utilizan - Qué modelos de experimentación Biomédica éxisten - Ejemplos y características más importantes de los modelos más utilizados (ratón y rata) o de actualidad (pez cebra) - Cuándo son utilizados - A quién y cómo interesa utilizarlos 3

4 La Importancia de los Modelos Animales en Experimentación Biomédica A través de la historia los científicos han resuelto problemas médicos de gran magnitud, desarrollado nuevas técnicas y nuevas tecnologías, han curado enfermedades,, y todo ello utilizando animales en investigación biomédica! 4

5 Cómo la investigación con animales ha ayudado a usted y a su familia? Generación de vacunas contra la poliomielitis, la difteria, las paperas, el sarampión, la rubéola, tos ferina y la hepatitis. Tratamientos para el asma, quemaduras severas, diabetes juvenil, leucemia, enfermedades del recién nacido y de nacimientos prematuros. Prevención y tratamiento de defectos congénitos. Antibióticos para una variedad de infecciones bacterianas. La microcirugía para volver a unir miembros cortados. Remedios para las intoxicaciones infantiles. Tratamiento de la epilepsia, fibrosis quística, Trasplantes de órganos. Corrección de defectos congénitos del corazón. 5

6 Cómo estaríamos ahora si no investigáramos con Animales? La polio podría matar o lisiar a miles de niños y adultos cada año, al no estar vacunados. Más de un millón de españoles diabéticos insulino-dependientes estarían muertos ahora. Casi diez millones de españoles estarían en riesgo de muerte por ataques cardíacos, accidentes cerebrovasculares o insuficiencia renal - porque no habría ningún medicamento para combatir la presión arterial alta. La quimioterapia no existiría- y no se podría salvar al 70 por ciento de los niños que ahora sobreviven con leucemia linfocítica aguda. Las personas con discapacidad por ictus o lesiones de médula espinal no podrían beneficiarse de las técnicas de rehabilitación. 6

7 Cómo estaríamos ahora si se investigara con Animales? españoles estarían ciegos en al menos un ojo y no habría ninguna cirugía para corregir las cataratas. Los recién nacidos que desarrollan ictericia cada año contraerían parálisis cerebral, ahora puede prevenirse a través de la fototerapia. No habría diálisis renal. La cirugía de cualquier tipo sería rara - y extremadamente dolorosa - porque no habría ninguna anestesia. La viruela, que se ha erradicado, seguiría latente. Millones de perros, gatos, otras mascotas y animales de granja hubiesen muerto de ántrax, moquillo, parvovirus canino, leucemia felina, rabia y más de 200 otras enfermedades prevenibles hoy en día. 7

8 La Importancia de los Modelos Animales en Experimentación Biomédica Muchos de nuestros hijos no han oído hablar, y mucho menos conocen, muchas de las enfermedades que nuestros ancestros han sufrido de primera mano. Por qué? Porque han sido erradicadas o pueden ser controladas gracias a la experimentación con animales. 8

9 La Importancia de los Modelos Animales en Experimentación Biomédica Ejemplo 1: Poliomielitis (Polio) Desde el lanzamiento de la Iniciativa para la Erradicación de la Poliomielitis en 1988 por la Organización Mundial de la Salud (OMS), el número de casos ha disminuido en un 99,8%, de una estimación de casos en 1988 a 483 en En el mismo período de tiempo, el número de polio países infectados se redujo desde 125 hasta 10. En 1994, la Organización Mundial de la Salud (OMS), CERTIFICÓ LIBRE DE PIELOMIELITIS la Región de las Américas (36 países), seguida en 2000 por la Región del Pacífico Occidental de la OMS (37 países y regiones, incluida China) y la Región Europea de la OMS (51 países) en junio de Ampliamente endémica en los cinco continentes, en 1988, la poliomielitis se encuentra ahora sólo en algunas partes de África y Asia meridional. Fuente: 9

10 La Importancia de los Modelos Animales en Experimentación Biomédica Ejemplo 2: la lepra Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), en los últimos quince años, unos 11 millones de enfermos de lepra se han curado. La tasa de prevalencia de la enfermedad ha disminuido en un 85% y la lepra ha sido eliminada de 98 países. Eliminación de la lepra como problema de salud pública se define como una tasa de prevalencia a nivel mundial de menos de un caso por cada personas. Una vez logrado esto, se reducirá la transmisión y finalmente se detendrá. Las futuras generaciones no contraerán la enfermedad. Fuente: 10

11 La Importancia de los Modelos Animales en Experimentación Biomédica Ejemplo 3: la viruela El 08 de mayo 1980 los delegados a la Asamblea Mundial de la Salud, en representación de los 155 Estados Miembros de la Organización Mundial de la Salud, aceptó por unanimidad las conclusiones de la Comisión Mundial para la Certificación de la Erradicación de la Viruela (World Health Organization, 1980), sabiendo que: La erradicación de la viruela se había logrado en todo el mundo. No hubo pruebas de que la viruela volvería como una enfermedad endémica. Fuente: La viruela y su erradicación, la OMS, 1988 ( 11

12 Por qué los animales son Utilizados en Biomedicina? Los órganos y sistemas del cuerpo son similares a los seres humanos y otros animales Susceptible a las mismas enfermedades que afectan a los seres humanos-los seres humanos y los animales comparten algunas de las mismas enfermedades, incluyendo muchos tipos de cáncer, diabetes y enfermedades del corazón 12 Ej: La polidactilia en el hombre, el ratón y el pollo

13 Por qué los animales son Utilizados en Biomedicina? Los órganos y sistemas del cuerpo son similares a los seres humanos y otros animales Susceptible a las mismas enfermedades que afectan a los seres humanos-los seres humanos y los animales comparten algunas de las mismas enfermedades, incluyendo muchos tipos de cáncer, diabetes y enfermedades del corazón 13 Corto periodo de vida permite a los animales que se estudiará a lo largo de toda su vida Medio Ambiente fácilmente controlable para mantener las variables experimentales a un mínimo

14 Qué animales son Utilizados en Biomedicina? Los ratones de laboratorio son utilizados en investigación más a menudo que cualquier otra especie animal: Casi 20 millones de roedores son criados para la investigación al año. Los ratones se usan para estudios de cáncer, envejecimiento, SIDA, la inmunología y la genética. También se utilizan para aprender y perfeccionar las técnicas de transferencia de embriones en los seres humanos y las especies de animales domésticos y en peligro. Estos ratones, además de otros roedores, tales como ratas y hámsters, constituyen más del 90% del número total de animales utilizados; y: Su pequeño tamaño y bajo coste los hace ideales la experimentación de laboratorio. Además, los científicos pueden criar diferentes cepas de ratones con deficiencias genéticas naturales para lograr modelos específicos de enfermedades humanas. 14

15 Qué animales son Utilizados en Biomedicina? Otras especies animales, incluyendo perros, gatos, conejos, animales de granja, peces, ranas, aves, primates no humanos, y muchos otros, forman el otro 10% de los animales utilizados en la investigación. Según el USDA, alrededor de perros, gatos y primates fueron utilizados para la investigación entre 10/01/2000 y 30/09/2001. En la mayoría de los casos, estos animales son criados específicamente para fines de investigación y se compran a criadores de animales. 15

16 Qué animales son Utilizados en Biomedicina? Modelos Mamíferos: Ratón Rata Modelos NO-Mamíferos: S. cerevisiae (Levadura) S. pombe (Levadura de fisión) Neurospora (hongo filamentoso) D. discoideum (amebas sociales) C. elegans (gusano redondo) Daphnia (pulgas de agua) D. melanogaster (mosca de la fruta) D. rerio (pez cebra) Xenopus (rana) Gallus (Gallo) Otros Organismos: Arabidopsis 16

17 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Es muy fácil de modificar genéticamente Existen líneas puras o congenicas que ofrecen robusted en los resultados Se utilizan generalmente para: Determinar la función de genes. Sirve como modelo de enfermedades humanas para: Entender el mecanismo de la enfermedad: en el desarrollo, bioquímicos, fisiológicos, conductuales cáncer, etc Para poner a prueba enfoques terapéuticos 17

18 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Transgénicos: Introducción de gen extraño o alterada. Sobreexpresión, expresión errónea, dominante-negativa, Alelo normal también presente (producto a partir de dos alelos). Determina: (a) función de las proteínas (b) qué secuencias de ADN que son importantes para la regulación de la transcripción del gen (c) Rescate génico, la terapia génica knockout: Reemplazar normal con alelo mutante Gene knock-out - extirpación de una parte o un conjunto de genes No alelo normal, - producto del alelo manipulados sólo 18

19 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Ventajas y caracteristicas de los Ratones Transgénicos: Su aplicación: estudios de efectos "dominantes": Sobre expresión "Knock-down Integración aleatoria de ADN exógeno Entre 10-30% de los huevos inyectados produce descendencia transgénica. Las múltiples copias se insertan en forma de tándem Estudio funcional in vivo utilizando mutaciones dominantes Se pueden generar células con distintos tipos de marcadores específicos Estudios in vivo sobre la regulación de genes: segmento clonado y promotor del gen reporter (lacz, CAT, GFP). 19

20 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Ventajas y caracteristicas de los Ratones Transgénicos: 20

21 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Ventajas y caracteristicas de los Ratones Knockout: Inactivación selectiva de un gen mediante la sustitución por un mutante en un organismo de otra manera normal Recombinación homóloga: la recombinación entre el ADN exógeno y su homóloga sitio cromosómico en las madre embrionarias (ES) de células Tipos: knock-out convencional knock-in/remplazamiento knock-out tejido específico knock-out inducible: tissue-specific with temporal control 21

22 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Los alelos mutantes se introducen en células madre Embrionarias(ES) La recombinación No-homóloga es ,000 veces más frecuente que la recombinación homóloga: selección positiva y negativa son necesarios. Células madre embrionarias que contienen el gen diana se transfieren embriones de ratón para generar quimeras. Los ratones quiméricos son criados para producir heterocigotos mutantes Mutantes heterocigotos se cruzan para generar homocigotos mutantes 22

23 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Modelo knock-in para la epidermólisis ampollosa simple (EBS) La formación de ampollas se indujo en la pata derecha con el tratamiento tópico de un inductor 23

24 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Modelo inducible para la Poliquistosis Renal Humana Inducible tejido específico Riñón Tejido vascular 24

25 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Modelo inducible para la Poliquistosis Renal Humana Inducible en el tiempo y tejido específico 30 días después Tinción X-gal Nacimiento P P8 Nacimiento P10 30 días después Tinción X-gal 25

26 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Ratones mutantes espontáneos Rc mouse Perdida de cabello- MPZL3 novel Immunoglobulin V-type domain cell adhesion protein 26

27 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Ratones clonados Li J, Greco V et al, PNAS USA : Howard Hughes Medical Institute and The Rockefeller University 27

28 Ratón como modelo de experimentación en Biomedicina Ratones clonados Li J, Greco V et al, PNAS USA : Howard Hughes Medical Institute and The Rockefeller University KSCs epidermis sebaceous gland Clonado de Células de la piel KSC nucleus from KSC oocyte nucleus discarded enucleated oocyte cloned mouse 28

29 Rata como modelo de experimentación en Biomedicina Se han utilizado en muchos estudios experimentales, principalmente relacionado con temas de salud y medicina (genética, estudio de enfermedades, efectos de drogas). Las ratas de laboratorio han demostrado su valía en los estudios psicológicos del aprendizaje y otros procesos mentales. La importancia histórica de esta especie para la investigación científica se refleja en la cantidad de literatura sobre el mismo, aproximadamente 50% más que en los ratones, aunque el más utilizado en los últimos años sea el ratón. Ratas domésticas difieren de las ratas silvestres de muchas maneras: Son más tranquilos y menos propensos a morder, pueden tolerar un mayor hacinamiento se reproducen antes y producen más descendencia y sus cerebros, hígados, riñones, glándulas suprarrenales, y los corazones son más pequeños. 29

30 Rata como modelo de experimentación en Biomedicina Las cepas de ratas son generalmente no transgénicas debido a que las técnicas knockout y embrionarias de células madre de ratones son relativamente difíciles en ratas. Esto es una desventaja para muchos investigadores, que consideran muchos aspectos del comportamiento y la fisiología de las ratas como más relevante para los humanos y más fáciles de observar que en los ratones. En 2003, se logró clonar ratas de laboratorio dos por transferencia nuclear. Los científicos han criado muchas cepas o "líneas" de las ratas: La mayoría se derivan de la rata Wistar albina, que todavía se usa ampliamente. Otras cepas comunes son los Sprague Dawley, Fischer 344, [2] Las cepas albinas Holtzman, el Long-Evans, y Lister ratas negras con capucha. Cepas puras también disponibles pero no son utilizadas tan comúnmente como los ratones. 30

31 Pez Cebra como modelo de experimentación en Biomedicina Pequeño tamaño, cientos de embriones por puesta y rápido desarrollo Costes reducidos Embriones trasparentes, fácil observación del fenotipo Es un vertebrado, gran similitud genómica y proteómica con el ser humano Menores restricciones éticas Más de 6000 publicaciones en PubMed 31

32 Pez Cebra como modelo de experimentación en Biomedicina Modelos: Renal Cancer Vascular ( ) y aumentando Tipos: Morfolino (Knock-down) Contrucción genética (Sobreexpresión) 32

33 Cuándo los animales son Utilizados en Biomedicina? Tras una búsqueda bibliográfica y la comparación de los datos en investigaciones previas; Siguiendo las simulaciones por ordenador del modelo y de células y / o de la investigación de cultivo de tejidos; Siguiendo un protocolo de animales aprobado por el CEIC; Tras una amplia formación y educación en el manejo, cuidado y uso de animales; pero, antes de la prueba clínica en humanos. Recursos: www. iacuc.org; ALAT Manual de Capacitación, página 10; / education / laws.htm 33

34 A Quién le importa los animales que son Utilizados en Biomedicina? Las instituciones de investigación, científicos, personal de cuidado de animales, organismos gubernamentales, organizaciones científicas, e incluso los pacientes reconocen que los animales son esenciales para nuestra continua búsqueda de avances médicos, y estos animales deben recibir la máxima atención y respeto El bienestar de los animales utilizados en la investigación biomédica es de suma importancia para todos los involucrados en la investigación. La calidad de la investigación es proporcional a la calidad del cuidado que reciben los animales de investigación; cuidado de los animales equivale a excelentes resultados de investigación. Animales de laboratorio y profesionales de la investigación creen que el uso de los animales es un privilegio, por lo tanto, los animales deben ser tratados con respeto, cuidado y responsabilidad. 34

35 La Importancia de los Modelos Animales en Experimentación Biomédica Con el conocimiento ganado por medio de la experimentación con animales, podemos continuar mejorando la vida no solo de HUMANOS sino que también de nuestras mascotas, la fauna salvaje, y otros animales. 35

36 Grupo de Genética y Biología del Desarrollo de las Enfermedades Renales miguel.garcia.gonzalez@sergas.es tlf: