Fungerer det på en mus, fungerer det kanskje også på et menneske.

Dette er hovedregelen for utvikling av ny medisin. 

Men det stemmer sjelden i virkeligheten.

Det er bare én av 20 medisinske behandlinger testet på dyr som blir godkjent for mennesker. Det viser en gjennomgang av forskning på 54 forskjellige sykdommer, publisert i tidsskriftet PLOS Biology.

Så hva annet kan vi gjøre? Hvordan kan vi nå EUs mål om å fase ut bruken av dyr, og hvordan løser vi det som blir kalt en krise innen overføring av resultater fra dyreforsøk til mennesker?

Her er tre løsninger for å unngå dyreforsøk i helseforskningen:

1. Organoider
2. Organer i mikrochips
3. Matematisk modellering

Organoider: Menneskeceller dyrket i petriskål

En organoide er en liten 3D-vevsmodell laget fra menneskelige stamceller og dyrket i et laboratorium for å etterligne strukturen og funksjonene til et ekte organ. Det kan for eksempel være en miniversjon av cellene fra menneskets tarm, lever eller hud.

Ved Odontologisk Institutt på Københavns Universitet har Sally Dabelsteen brukt metoden til å utvikle en spesiell hudmodell i jakten på nye behandlinger mot kreft. Hun bruker 3D-organmodeller i sin forskning sammen med professor Hans Wandall ved Institutt for Cellulær og Molekylær Medisin. Dabelsteen kaller teknologien «potensielt mye mer effektiv enn dyreforsøk»:

– Med vår 3D-hudmodell har vi mulighet til å manipulere celler som tilsvarer dem som finnes i et levende menneske, sier Dabelsteen til Videnskab.dk.

– Vi kan skape kreftceller og blande dem med normale hudceller for å finne ut hvordan vi bekjemper utviklingen av sykdommen. Det kan du ikke på samme måte med en mus eller rotte.

Forskergruppen fra Københavns Universitet har allerede lykkes med å bruke organoidmodellen sin til å finne signalveier, med mulighet for å bekjempe bestemte former for hudkreft.

– Men det går mange år ennå før vi helt kan erstatte dyreforsøk med organoider, understreker Dabelsteen.

– Teknologien er nesten klar. Det skjer en rivende utvikling innen 3D-vevsmodeller både på universitetene og i små biotechfirmaer. Men det drøyer med å få reguleringer og å få med de store farmasiselskapene.

Teknologien må testes i langt større forsøk, sier Dabelsteen. Det er også en annen utfordring, påpeker hun: Organoider inneholder vanligvis bare to til fire celletyper og derfor er best egnet til svært målrettet forskning.

Så hvordan kan de undersøke den medisinske påvirkningen på et helt organ, der langt flere celler påvirker hverandre i et felles system?

Det er her den neste lovende metoden kommer inn i bildet.

Organchips: 3D-printet minilever eller lunge

En organchip er en sammensetning av en 3D-printet mikrochip og menneskelignende organoidceller. Den fungerer som en miniversjon av for eksempel en lever, lunge eller et hjerte.

Chipen kan inneholde små kanaler som etterligner blodårer.

Slik kan forskerne studere samspillet mellom celler under ulike påvirkninger. Uten at mennesker eller mus blir utsatt for mulige skadevirkninger.

«Organ on a chip»-teknologien startet som enkle 2D-modeller av kroppens forskjellige vev. De siste årene har teknologien blitt mer tredimensjonal og gjenskaper vevets funksjoner bedre, forteller Johan Ulrik Lind til Videnskab.dk. 

Han forsker selv på det han kaller 3D-bio-printede mikrofysiologiske systemer og leder en forskningsgruppe ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU). 

Forskningsfeltet er en sammensmelting av to teknologier, sier han:

– Mikrofysiologiske systemer inneholder ikke bare menneskelige celler eller organoider fra stamcelleforskning. De gjenskaper også de fysiske eller biokjemiske påvirkningene som forekommer i kroppen ved hjelp av for eksempel 3D-printede strukturer og materialer. Dette gjør oss bedre i stand til å forutsi bivirkninger og måle effekten av ny medisin.

Lind trekker frem et eksempel på hvilke fordeler dette har sammenlignet med dyreforsøk:

En studie fra 2019 beskriver hvordan forskere ved hjelp av en menneskelignende lever i en mikrochip har oppdaget bivirkninger ved en type blodtrykksmedisin. Bivirkningene ble ikke oppdaget i lignende forsøk med levende hunder eller rotter.

Teknologien handler altså ikke bare om å spare dyreliv. Den kan faktisk fungere bedre enn dyreforsøk, argumenterer forskeren.

Han påpeker likevel en begrensning: Organchips er vesentlig dyrere enn forsøk med mus eller rotter. En annen utfordring er det han kaller for skalering:

Alle organchips er omtrent like store, mens det er store forskjeller på hvor store organene i kroppen vår er. Derfor får vi ikke nødvendigvis riktig resultat ved å koble sammen flere organchips i laboratoriet for å teste påvirkninger i et kretsløp.

Men kanskje kan dette bli løst i matematikkens verden.

Matematisk modellering: Når livet er en ligning

Hvis vi ser litt kynisk på det, er du som menneske ikke annet enn data og tall.

Du har så og så mye serotonin, dopamin og glutamat i hjernen, som trenger så og så mye oksygen fra blodet, fra så og så mange hjerteslag og ... du skjønner poenget.

Hva om du kunne omsette alt dette til en matematisk modell og teste ny medisin bare ved å gi den en tallverdi og putte den inn i ligningen?

Dette kalles matematisk modellering. En av dem som forsker på det, er Johanne Gudmand-Høyer, førsteamanuensis ved Senter for Matematisk Modellering på Roskilde Universitet.

En matematisk modell har samme funksjon som en såkalt dyremodell: Å prøve lage noe som ligner menneskekroppen. Slik kan vi unngå å teste på mennesker.

– Vi har den fordelen at vi arbeider direkte med menneskelige data, så vi unngår å gå omveien fra dyr til mennesker, forklarer Gudmand-Høyer.

Hun og kollegaene har blant annet laget en matematisk modell som viser forskjeller i nivåene av kortisol i hjernen hos deprimerte. De har også utviklet en modell for bedre å forstå visse typer blodkreft.

En av kollegaene hennes, professor Johnny T. Ottesen, har utviklet en narkosemodell som har gjort det mulig å lage en simulator til opplæring av leger.

– Det er noe man normalt sett ville brukt griser til. Jeg vet ikke hvor mange færre dyr som er brukt takket være simulatoren, men den har blitt brukt i flere tiår.

Vi er likevel fortsatt langt unna at matematiske modeller kan etterligne noe så komplekst som hele kroppen eller dens organer. For øyeblikket er dette et verktøy som kan redusere antallet dyreforsøk.

– I tillegg til simuleringer i opplæring kan vi bruke modellene i forundersøkelser for å se om det i det i det hele tatt har noen hensikt å gå videre med dyreforsøk, sier  Gudmand-Høyer.

– Vi er ikke der at vi kan erstatte dyr, men mange begynner å innse at matematiske modeller på mange områder er et godt alternativ.

Referanser:

Analysis of animal-to-human translation shows that only 5% of animal-tested therapeutic interventions obtain regulatory approval for human applications

Commission acts to accelerate phasing out of animal testing in response to a European Citizens’ Initiative

Lost in translation: the valley of death across preclinical and clinical divide – identification of problems and overcoming obstacles

Essential Functions of Glycans in Human Epithelia Dissected by a CRISPR-Cas9-Engineered Human Organotypic Skin Model

Reproducing human and cross-species drug toxicities using a Liver-Chip

Patient-specific modeling of the neuroendocrine HPA-axis and its relation to depression: Ultradian and circadian oscillations

Mathematical modelling as a proof of concept for MPNs as a human inflammation model forcancer development

© Videnskab.dk. Oversatt av Julianne Paulsen for forskning.no. Du kan lese originalartikkelen på Videnskab.dk.

LES OGSÅ

Mini­hjerne av menneskeceller ble satt inn i hodet til rotter

Slik jobber forskere med å dyrke fram organer av stamceller

Opptatt av helse, psykologi og kropp?

Mat hjernen med nyheter fra forskning.no om sykdommer, psykologi, kosthold, sex, trening og andre av kroppens mysterier.

Meld meg på nyhetsbrev