Этические проблемы использования животных в биомедецинских исследованиях

    Причины низкой эффективности экспериментов  на животных определяются биологическими различиями между человеком и  экспериментальными животными. Животные могут поразному реагировать  на один и тот же лекарственный  препарат. Например, морфий оказывает  угнетающее действие на организм человека, крыс и собак, но возбуждает кошек, коз и лошадей, аспирин ядовит для кошек, а пенициллин для морских свинок. Крыса, в отличие от человека, способна синтезировать аскорбиновую кислоту, которая является эффективным средством удаления желчи. Различия в реакциях на токсичные вещества у животных и человека могут быть следствием различий в абсорбции, в кишечной флоре, в распределении в тканях, в метаболизме, включая биоинтоксикацию и детоксикацию. в механизмах и скорости восстановления и выделения. Исследования на уровне клеточного метаболизма вскрывают принципиальные различия обменных процессов и механизмов интоксикации. Все это делает проблематичным экстраполяцию результатов, полученных на животных, на человека.

    Хотя  и появилась устойчивая тенденция  к снижению числа экспериментов  на животных во всех развитых странах  мира, тем не менее, масштабы таких  работ еще велики. В год в  мире в биомедицинских исследованиях  погибает несколько десятков миллионов  лабораторных животных. 0 количественных соотношениях использования животных в экспериментах в различных областях можно судить по данным Европейского Союза (по 1994 г.). Основная часть исследований на животных приходится на медицину - 65%. В фундаментальных научных исследованиях используется 26% от общего числа экспериментальных животных. На тестирование токсичности в других областях, помимо медицины, приходится 8%, на сферу образования - 1%.

    Общепризнанно, что исследования с использованием экспериментальных животных должны проводиться с соблюдением определенных нравственных норм. Требование этичности эксперимента стало обязательным условием проведения экспериментов на животных во всех странах мира. Это показатель цивилизованности страны. В начале 1985 г. Совет международных медицинских научных организаций (СМННО) опубликовал "Этический кодекс", который содержит "международные рекомендации по проведению медико-биологических исследований с использованием животных" (International .... 1985). Работа над ним была начата в 1982 г. и поддерживалась Консультативным комитетом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) по медицинским научным исследованиям при активном участии экспертов штатных сотрудников этой организации. В этическом кодексе сформулированы приемлемые для научных работников и для общественных групп защитников животных теоретические принципы и этические правила, которые могут быть приняты за основу при разработке регламентирующих мер и нормативных документов в разных странах мира в отношении использования животных для биомедицинских исследований. Рекомендации составлены, исходя из следующих положений: 

    - в принципе использование животных для научных целей нежелательно,

    - по возможности следует применять методы, не требующие использования животных,

    - при существующем уровне знаний использование животных является неизбежным,

    - моральный долг ученых - гуманно  относиться к подопытным животным, по возможности не причинять  им боли и неудобства и постоянно  стремиться изыскивать способы  получения того же результата  без привлечения живых животных. 

    Исследователь должен помнить, что на нем лежит  ответственность за общее состояние  экспериментальных животных. Они  должны содержаться в хороших  условиях, получать достаточно нужного  корма и обслуживаться квалифицированными специалистами. При планировании экспериментов вначале нужно четко определить, действительно ли необходимы эти опыты на животных. Требуется тщательное изучение литературы, чтобы определить, не сделано ли это другими исследователями.

    Существуют  методы сравнительной оценки важности проекта и тех страданий, которые при выполнении его будут испытывать животные, позволяющие сказать, насколько оправдан проект (полностью, частично или не оправдан) (Martin, Bateson, 1986, Morton, Griffiths, 1985). В 1959 г. Рассел и Берч (Russell, Birch, 1959) предложили концепцию "трех R" ("The three Rs"), которой следует придерживаться при проведении экспериментов на животных. Она включает три составляющие: replacement - замена, reduction - уменьшение и refinement - повышение качества. Рассмотрим эти составляющие отдельно. 

    Замена 

    Когда это возможно, то надо заменять животных другими моделями и приемами, например, культурами клеток тканей, компьютерными  и биохимическими моделями: вместо млекопитающих использовать животных с менее развитой нервной системой, а 5место живых животных - изолированные органы.

    Проблеме  замены животных на альтернативные модели уделяется очень большое внимание (Smyth, 1978, Rowan, 1984 и многие др.). Альтернативные методы нашли применение в различных  областях: при производстве вакцин, в вирусологии, в токсикологических исследованиях, при тестировании безопасности различных продуктов и лекарственных препаратов, в физиологических исследованиях, в санитарно-гигиенических работах. Число животных, используемых в биомедицинских экспериментах в европейских странах, непрерывно снижается, что во многом определяется замещением. Наиболее трудно использовать альтернативы при изучении поведения животных (поведенческие тесты), в экспериментальной хирургии, при исследовании Золи.

    В 1969 г. усилиями Дороти Хегарти был создан фонд финансовой поддержки работ по замене животных в медицинских экспериментах (FRAME) (Hegarty, 1995, Annett, 1995). Позже фонды, поддерживающие разработку и внедрение альтернатив, возникли в США, Франции, Швейцарии, Швеции, Бельгии и других странах мира. Разработка альтернатив поддерживается и государственным финансированием. Фонд FRAME организовал выпуск специального журнала"ATLA" (альтернативы к лабораторным животным). Статьи по альтернативным методам публикуются и в других международных журналах: "Toxicology in vitro" (Оксфорд, Нью-Йорк, Сеул, Токио). "ААТЕХ" (альтернативы к использованию животных для тестирования и экспериментов), выпускаемого в Японии, "ALTEX" (альтернативы экспериментам на животных), издаваемого в Германии на немецком языке. В США с осени 1995 г. начал выходить журнал "JAAWS" - журнал о применении законов о защите животных в науке.

    По  инициативе фонда FRAME созданы Европейский  исследовательский Центр для  утверждения (валидации) альтернативных методов (ECVAM) и Европейская исследовательская группа по альтернативам в токсикологическом тестировании (ERGATT, Италия). Специальные центры созданы и в других странах, например, в США (СААТ - центр альтернатив к тестированию на животных), в Швеции (MEIC - мультицентр по оценке in vitro тестов на цитотоксичность, основная цель - замена тестов по определению LD50), в Нидерландах (NCA - Нидерландский центр альтернатив к использованию животных).

    Информация, имеющая отношение к разработке альтернатив, собирается и анализируется в специальных информационных центрах: в США - информационный центр защиты животных при национальной сельскохозяйственной библиотеке, в Италии - INVITTOX (банк данных по технике in vitro) (Warren et al., 1989), создан по инициативе ERGATT и FRAME, и GDB - банк данных Галилея (информация по итогам тестирования токсических веществ с помощью альтернативных методов in vitro) (Loprieno et al., 1994), а также в Германии - банк данных ZEBET (информация по вопросам защиты животных) (Spielmann et al.,1992). Исследования по созданию альтернативных методов активно поддерживаются университетской федерацией по защите животных Великобритании (UFAW).

    Работы  в области альтернативных методов  ведутся в разных направлениях. Отметим  основные из них. Большие успехи достигнуты в использовании культур клеток тканей (методы in vitro) с целью определения общей токсичности химических соединений для человека и животных, для оценки иммунотоксичности, нефротоксичности, гепатотоксичности, нейротоксичности, фототоксичности. раздражающего действия, канцерогенности. Разработаны модели с использованием изолированных органов (например, глазное яблоко) и срезов тканей (кожи, роговицы, почки, мозга и др.). Исследуются и биохимические модели - сложные биополимерные матриксы и трехмерные многослойные структуры. Перспективны и модели с использованием рыб и других гидробионтов (Isomaa et al.,1994). а также растений, насекомых, бактерий и развивающихся эмбрионов позвоночных и беспозвоночных животных.

    В качестве примера рассмотрим работы по замене теста Драйза (Draize et al.. 1944), одного из самых болезненных тестов, широко используемого для оценки повреждающего и раздражающего действия различных препаратов на глаза и кожные покровы лабораторных животных. Разработка альтернатив в этой области идет наиболее успешно и есть основания полагать, что тест Драйза в скором времени будет полностью заменен на альтернативные методы. Регулярно проводятся международные конференции по данной проблеме, публикуется большее количество научных работ и отчетов рабочих групп, работающих по специальным программам. Большинство программ по оценке альтернатив тесту Драйза были инициированы в Европе, США и Японии различными индустриальными ассоциациями, группами защитников животных и государственными службами. Одна из таких групп сформирована по инициативе американской ассоциации производителей косметических, туалетных и ароматических средств (CTFA) (Gettings, McEwen, 1990) с целью проведения всесторонней оценки методов, разработанных специально для замены наиболее болезненного окулярного теста Драйза. Работы по замене теста Драйза выполняются по инициативе и финансовой поддержке ассоциации моющих средств (SDA) в США, ассоциации европейских косметических организаций (COLIPA), общества по альтернативам лабораторным животным (JSAAE) и ассоциации косметических предприятий в Японии, организации по защите животных Франции (OPAL), фонда замены животных в медицинских экспериментах (FRAME) в Великобритании и европейского центра по валидации альтернативных методов (ECVAM). Активно поддерживаются эти работы Комиссией Европейского Союза по альтернативным методам, национальным валидационным центром при министерстве здравоохранения Германии и Министерством внутренних дел Великобритании и рядом других организаций во многих странах мира.

    Альтернативы  тесту Драйза обычно разделяют на три группы: методы предварительной  оценки тестируемых веществ, методы определения цитотоксичности и  методы оценки токсичности с использованием органа или его частей и их моделей. Иногда в отдельную группу выделяют тесты для оценки способности к восстановлению после воздействия препарата (Rasmussen, Strube, 1994, Langlay, Fisher. 1995).

    В первую группу входят методы оценки возможного действия препаратов с помощью анализа  физикохимических свойств (Regnier, Imbert, 1992), включая компьютерный анализ структуры с учетом возможной трансформации вещества в организме (Klopman et al., 1993, Barratt, 1995 и др.), а также тесты с физико-химическими детектирующими системами, такие как EYTEXtm, SKINTEXtm, SOLATEXtm и CORROSITEXtm (Courtellement et al.,1992, Regnier et al.,1994, Rasmussen, Strube, 1994 и др.).

    Анализ  возможного действия нового вещества целесообразно начинать с изучения его физико-химических свойств, например, способности изменять рН среды и  буферной емкости. Полезен и компьютерный анализ структуры вещества. Часто уже на этом этапе можно предсказать повреждающее или сильное раздражающее действие соединений. Еще точнее это можно определить по тестам с физико-химическими детектирующими системами (тесты ЕУТЕХТtm, SKINTEXtm, SOLATEXtm, CORROSITEXtm). Три первых метода основаны на спектрофотометрическом измерении оптической плотности белкового матрикса, изменяющейся при взаимодействии с тестируемым веществом. Последний использует химическую детектирующую систему с солями металлов. Все тестирующие системы, кроме первой, включают искусственный барьер, имитирующий кожный.

    Самый простой из тестов ЕУТЕХТtm имитирует  помутнение роговицы глаза из-за денатурации  белков. Тест хорошо работает на определение  повреждающего и сильного раздражающего действия, но плохо выделяет вещества нераздражающие. Он довольно широко применяется различными фирмами для скрининга веществ. SKINTEXtm - система создана для выяснения способности химических соединений проникать через поверхность кожи и оказывать на нее воздействие. Тот же принцип положен и в основу теста SOLATEXtm, но он адаптирован для анализа фотореактивности кожных покровов путем ввода в белковый матрикс специальной фотодетектирующеи системы. Оба теста дают очень хорошее совпадение с тестом Драйза. CORROSITEXtm - система объединяет биобарьер и химический детектор, изменяющий свой цвет при разрушении биобарьера и проникновении тестируемого вещества в детектор. Этот тест способен выделять вещества с повреждающим действием.

    Вторая  группа объединяет тесты на цитотоксичность. Чаще всего в качестве альтернатив предлагаются методы оценки токсичности веществ для первичных и пересеваемых культур клеток роговицы и кожных покровов животных и человека. Наиболее распространенным способом определения степени токсичности веществ является метод измерения связывания специального красителя (neutral red uptake) живыми клетками. Повреждение клетки тестируемыми веществами ведет к снижению поглощения и связывания красителя. Таким образом, измеряя количество связанного клетками красителя, можно оценить степень повреждения клеток. Тесты на цитотоксичность хорошо зарекомендовали себя в опытах с поверхностно-активными препаратами и шампунями, при этом хорошее соответствие с данными in vivo (окулярный тест Драйза) наблюдалось и для веществ нераздражающих, и со слабым раздражающим действием. К перспективным относят и метод измерения скорости метаболизма клеток непосредственно в культуре , помощью силиконового микрофизиометра. Хорошие результаты получены и с использованием метода оценки гемолиза эритроцитов, выделенных из крови животных и человека. После инкубации эритроцитов в среде, содержащей тестируемые вещества, спектрофотометрически оценивается денатурация гемоглобина (первая мишень) и содержание гемоглобина в буферной среде (повреждение мембраны эритроцитов - вторая мишень). Есть основания надеяться, что этот тест позволит выявить различия между нераздражающими препаратами со слабым раздражающим действием на роговицу глаза. Разработаны также методы анализа воздействия химических соединений на монослойные и многослойные структуры клеток, сформированные первичными культурами клеток кожи - фибробластами и кератиноцитами. Эти методы способны реагировать на вещества с низкой кожной раздражимостью.