La professoressa Arti Ahluwalia, ingegnere biomedico e docente presso l’Università di Pisa, è una figura di spicco nella promozione di modelli alternativi agli esperimenti sugli animali. Grazie all’impiego dell’intelligenza artificiale (IA) e di tecnologie avanzate.
Come ha dichiarato ai media in occasione di sue recenti interviste, uno degli obiettivi principali del lavoro della professoressa Ahluwalia è ridurre l’uso degli animali nella sperimentazione scientifica e l’intelligenza artificiale gioca un ruolo cruciale in questo ambito, permettendo di analizzare enormi quantità di dati derivanti da esperimenti precedenti per evitare test inutili. Ad esempio, algoritmi di machine learning possono prevedere la tossicità di nuove sostanze chimiche, riducendo la necessità di test preclinici sugli animali.
Progetti come il DataBrain, coordinato dalla professoressa Ahluwalia, utilizzano tecniche avanzate come la microscopia confocale e algoritmi matematici per mappare in 3D le strutture neuronali. Questi dati possono essere utilizzati per stampare in 3D neuroni artificiali, consentendo agli scienziati di studiare malattie come il Parkinson senza ricorrere a modelli animali.
LEAL ricorda che il gruppo di ricerca della professoressa Ahluwalia presso il Centro Enrico Piaggio già sviluppa modelli in vitro e in silico che replicano fedelmente i tessuti umani. Questi sistemi biomimetici permettono di studiare malattie, testare farmaci e valutare la tossicità in modo più etico ed efficace rispetto ai tradizionali esperimenti sugli animali.
Questi metodi sostitutivi alla ricerca con animali non solo migliorano l’accuratezza dei risultati scientifici, ma rispondono anche alla sempre più insistente richiesta di una ricerca etica che escluda l’uso degli animali nei laboratori.
LEAL sottolinea come l’approccio della professoressa Ahluwalia rappresentI un esempio virtuoso di come scienza ed etica possano coesistere. L’intelligenza artificiale non solo accelera i progressi scientifici, ma offre anche soluzioni più umane ed efficienti per affrontare le sfide globali della ricerca biomedica. La sua visione illumina un futuro in cui la tecnologia diventa alleata della vita, umana e animale e conferma che una ricerca più umana ed efficace sia concretamente possibile.
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L’obesità nella popolazione occidentale è un fenomeno complesso che coinvolge una combinazione di fattori fisici e psicologici. Tutto questo è risaputo da decenni e che per le persone in sovrappeso e grandi obesi esistano già da moltissimi anni approcci multidisciplinari per la perdita del peso: dietologici, psicologici, chirurgici farmacologici e motori. Tuttavia da decenni nei laboratori di tutto il mondo vengono torturati e uccisi animali, soprattutto topi per sperimentare su di loro una dieta caratterizzata dall’elevato consumo di alimenti ad alta densità calorica e bassa qualità nutrizionale che è quella preferita da quelli che vengono chiamati i “big eaters” ovvero grandi mangiatori che ad una alimentazione sana sono portati a privilegiare il cibo spazzatura. Questi studi che utilizzano animali per affrontare le cause del sovrappeso umano non possono affrontare efficacemente il problema dell’obesità e dei disturbi metabolici anche perché la traduzione della ricerca sugli animali in biologia e beneficio umano è scarsa. Sappiamo che una specie non può fungere da modello affidabile per nessun’altra, a causa di significative e intrattabili differenze genetiche e biologiche. Gli scienziati hanno cominciato ad introdurre nei laboratori di vivisezione la dieta Cafeteria Diet già dagli anni ‘70 mettendo a disposizione degli alimenti super calorici. ultra processati, ricchi di grassi e zuccheri
Con la Cafeteria Diet sui modelli animali da oltre 50 si studiano ad esempio la sindrome metabolica e l’insulino-resistenza prefiggendosi di ottenere un controllo nutrizionale preciso sulla composizione nutrizionale e sull’apporto energetico degli animali, la riproduzione degli effetti metabolici.
Per ottenere questi effetti sui gli animali si ricorre alla bulbectomia olfattiva ovvero alla distruzione del bulbo olfattivo dell’animale e all’isolamento per indurre comportamenti simil-depressivi negli animali, per valutare l’effetto dei farmaci antidepressivi, la privazione del sonno viene utilizzata come modello per la mania bipolare, produce comportamenti maniacali simili a quelli osservati negli esseri umani. Da decenni è noto come trattamenti farmacologici, interventi sullo stile di vita e supporto psicologico possono ridurre il fenomeno del sovrappeso ma per questi motivi nei laboratori di tutto il mondo vengo praticate sugli animali resi depressi, provati dell’olfatto, della libertà, ingozzati di cibo non adatto alla loro specie, sottoposti quotidianamente a dolorosi esami invasivi. Non solo visto il vastissimo campionario di pazienti con patologie metaboliche e legate al sovrappeso di avrebbe modo di portare avanti una ricerca basata sugli esseri umani, human based e si potrebbe ricorrere alla ricerca con metodi sostitutivi visto che si può disporre di modelli computerizzati e simulazioni che possono modellare le interazioni biologiche e metaboliche in modo dettagliato. Utilizzando dati reali, i ricercatori possono prevedere come variabili come dieta, esercizio fisico e genetica influenzino il rischio di obesità. Questo metodo consente di testare ipotesi senza necessità di esperimenti su animali.
Gli organoidi, mini-organi coltivati in laboratorio a partire da cellule staminali, rappresentano un ulteriore passo avanti. Questi modelli possono imitare la fisiologia degli organi umani e sono utilizzati per studiare le risposte delle cellule adipose a diversi trattamenti e condizioni ambientali. Questo approccio offre una visione diretta delle dinamiche cellulari coinvolte nell’obesità. Questi modelli possono integrare dati epidemiologici e genetici per fornire previsioni più accurate.
L’uso di tessuti ingegnerizzati. Questi tessuti sono progettati per replicare le funzioni metaboliche delle cellule umane, consentendo ai ricercatori di studiare l’obesità in un ambiente controllato senza l’uso di animali. I risultati preliminari suggeriscono che i danni ai tessuti aumentano proporzionalmente alla quantità di grasso, offrendo spunti importanti per comprendere i meccanismi dell’obesità e le sue complicazioni.
LEAL è da Statuto per l’abolizione della vivisezione e sostiene con sempre più forza l’etica umana dovrebbe avere un ruolo predominante nella ricerca biomedica, specialmente considerando che milioni di animali soffrono ogni anno nei laboratori, mentre la ricerca non produce risultati rilevanti per l’essere umano. LEAL promuove la ricerca senza animali facendo costante opera di informazione e sensibilizzazione.
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Sono stati pubblicati in Gazzetta Ufficiale i dati relativi agli animali utilizzati nei laboratori di sperimentazione dal 2019 al 2022. Dati che hanno rivelato la cifra allarmante di quasi 2 milioni di animali uccisi in questo periodo. Nonostante una lieve diminuzione nell’ultimo anno, il numero medio annuo rimane altissimo, superando i 482.000 animali utilizzati. Tra le specie più colpite ci sono topi, scimmie, cani, porcellini d’India, conigli e maiali. Preoccupa in particolare l’utilizzo di 2.323 cani e 1.579 primati, di cui solo 16 provenienti da allevamenti registrati in UE. Oltre il 50% degli animali sperimenta molto dolore in pratiche invasive come fratture instabili, toracotomia senza analgesici e trapianti di organi. Solo il 28% è utilizzato per fini regolatori, cioè per rispondere a obblighi di legge.
La legislazione italiana ha recepito l’importanza della transazione dai modelli animali ai metodi senza animali, soprattutto con il D.L. n. 26 del 4 marzo 2014 ma sono ancora troppo pochi i laboratori italiani stanno lavorando su metodi sostitutivi e questi dati inquietanti appena diffusi sono la conferma che c’è ancora molta strada da fare per ridurre drasticamente il numero di animali utilizzati nella sperimentazione in Italia, sostituendoli con metodi più etici ed efficaci. LEAL sottolinea la neccessità di maggiori finanziamenti pubblici per la ricerca animal free e la totale sospensione dell’uso di animali a fini didattici.
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Negli Stati Uniti, una recente legge, la FDA Modernization Act 2.0, ha rimosso l’obbligo di testare l’efficacia e la sicurezza dei farmaci sugli animali prima di effettuare test sugli esseri umani.
La legge che trova finalmente applicazione era stata firmata dal presidente Joe Biden a fine dicembre 2022, e apre la strada a metodi alternativi come i modelli computazionali, simulazioni di test cellulari, chip di organi stampati in 3D e sistemi microfisici.
Un cambiamento atteso che mira ad adottare approcci più avanzati nella sperimentazione farmaceutica riducendo la sofferenza degli animali da laboratorio.
LEAL accoglie con soddisfazione questa svolta nell’ambito della ricerca. Come abbiamo sempre affermato i metodi sostitutivi alla sperimentazione animale dei farmaci sono una risposta etica e tecnologica per evitare la sofferenza degli animali da laboratorio e sviluppare modelli più avanzati.
Questi approcci sostitutivi riducono il numero di animali utilizzati nei test e migliorano la precisione delle risposte.
Ricordiamo che il 95% di tutti i nuovi farmaci che risultano sicuri ed efficaci negli animali falliscono negli studi clinici sull’uomo.
Applicando una ricerca etica e sicura si potranno risparmiare milioni di vite e si smetterà di sprecare miliardi in esperimenti falliti. Abbandonare la sperimentazione di prodotti farmaceutici sugli animali potrebbe infatti far risparmiare all’industria fino al 10-26% sui costi di ricerca sullo sviluppo di farmaci.
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Attualmente la ricerca biomedica è caratterizzata dall’uso costante degli animali in tutti i suoi ambiti: dalla ricerca di base e a quella applicata, a quella tossicologica o ancora nel campo della didattica. Questo approccio ha un indice di fallimento altissimo che supera il 95%, come sottolinea la stessa FDA nel report “challenge and opportunity on the critical path to new medical products” e viene messo in discussione da un numero sempre maggiore di scienziati e ricercatori che richiedono una scienza diversa che segua modelli human-based o nuovi approcci metodologici basati sulla biologia umana (NAM) in quanto più efficaci, affidabili e rapidi del modello animale. Tra i NAM ricordiamo ad esempio le colture cellulari umane tridimensionali, gli organi umani su chip, le scienze tecnologie ad alto rendimento per lo studio delle molecole biologiche, gli studi non invasivi sui pazienti. In questo articolo riporto solo 3 esempi di studi promettenti effettuati con metodologie innovative human-based nel corso del 2022.
Un modello di ventricolo cardiaco umano pulsante miniaturizzato: una speranza per studiare le malattie del cuore
A partire da cellule staminali ricavate in modo non invasivo da soggetti umani sono state prodotte cellule del muscolo cardiaco che hanno poi formato un mini-ventricolo. Tramite una particolare tecnica innovativa che utilizza laser a due fotoni è stato possibile elaborare sia l’ “impalcatura” miniaturizzata che supporta le cellule del ventricolo e la loro contrazione in vitro, sia la stampa delle valvole cardiache anch’esse miniaturizzate. L’integrazione tramite un circuito fluidico delle valvole e del mini ventricolo ha permesso di ricapitolare il flusso di sangue attraverso il cuore e di riprodurre in modo realistico aspetti importanti dell’attività del cuore umano. Questo studio è solo l’inizio di un promettente futuro in cui gli studi sulla meccanica in ambito biologico, sulla robotica, sulla fisiologia, sulle scienze dei materiali si fondono per approntare nuovi sistemi su scala miniaturizzata, in grado di affrontare come mai prima d’ora le domande sulla biologia del cuore umano e lo studio delle malattie del cuore.
Organoidi umani per studiare il cancro
Gli organoidi sono tra i modelli più innovativi in uso nella ricerca biomedica, poiché riproducono in vitro la struttura tridimensionale di organi e tessuti umani (compresi quelli tumorali) in forma miniaturizzata. Gli organoidi tumorali derivanti dai pazienti stanno rivoluzionando la nostra capacità di comprensione della biologia dei tumori con importanti implicazioni per la medicina personalizzata. Ad esempio, in uno studio del Cold Spring Harbor Laboratory (USA) gli organoidi di tumore pancreatico ricavati da cellule dei pazienti sono stati utilizzati con successo per testare le terapie più efficaci per ogni specifico paziente. In particolare sono stati raccolti 136 campioni di tumore, derivanti da resezioni chirurgiche o biopsia, da 117 pazienti con cancro del pancreas, diversi per stadio tumorale, sesso, età e razza. Si è visto che la risposta del paziente al trattamento chemioterapico correlava bene con la risposta del rispettivo organoide, e che gli organoidi possono essere utilizzati per testare l’efficacia delle terapie in modo personalizzato. Ciò è molto importante alla luce del fatto che ogni paziente risponde in modo diverso e specifico ai trattamenti terapeutici e che gli animali non sono in grado di modellare efficacemente i tumori umani.
Il rene umano su chip per terapie più sicure
Un team di ricercatori dell’Università del Michigan ha sviluppato un dispositivo con cui misurare il flusso di farmaci attraverso un modello miniaturizzato di rene umano su chip e scoprire modi migliori per somministrare farmaci senza danneggiare i reni. Due terzi dei pazienti in terapia intensiva subiscono una grave lesione renale e nel 20% di questi casi il farmaco è un fattore che contribuisce al danno. Il rene su chip può dare ai medici un’idea chiara di quale dose dare a un paziente. “Quando si somministra un farmaco, la sua concentrazione aumenta rapidamente e viene gradualmente filtrata mentre scorre attraverso i reni”, ha affermato uno dei ricercatori del team. “Il rene su chip ci consente di simulare quel processo di filtraggio, fornendo un modo molto più accurato per studiare come si comportano i farmaci nel corpo umano”. Il team ha utilizzato l’antibiotico gentamicina e l’ha filtrato attraverso il chip, simulando il processo di filtraggio del rene umano. E’stato monitorato il “danno” che si sarebbe verificato nel rene, scoprendo che una dose giornaliera era meno dannosa di un’infusione continua, anche allo stesso dosaggio complessivo. Gli scienziati sono stati in grado di ottenere risultati che si riferiscono meglio alla fisiologia umana, rispetto a quanto è attualmente possibile ottenere dai comuni test sugli animali. L’obiettivo per il futuro è migliorare questi dispositivi fino al punto in cui saremo in grado di vedere esattamente come un farmaco influisce sul corpo momento per momento, in tempo reale.
Necessità di finanziare i nuovi approcci metodologici basati sulla biologia umana
Purtroppo i metodi avanzati che potrebbero sostituire i modelli animali e fornire risultati più affidabili, sono ancora scarsamente finanziati rispetto alla sperimentazione animale, soprattutto in Italia. La ricerca che impiega NAM e non implica esperimenti in vivo su animali viene spesso ancora considerata di serie B, nonostante le evidenze scientifiche.
Affinché gli studi basati su NAM possano proseguire ed evolversi è necessario che tali metodologie ed approcci ricevano maggiori finanziamenti e ne venga perciò incentivato l’utilizzo nella ricerca biomedica. Questi approcci innovativi oltre a consentire di risparmiare la sofferenza e la morte a tanti animali rappresentano anche una speranza di cura per i malati affetti da patologie oggi incurabili. Maggiori finanziamenti verso questi metodi rappresenterebbero un’opportunità unica per gli enti di ricerca di affacciarsi sul mondo competitivo e promettente delle ricerche innovative senza animali a livello internazionale.
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Schema del ventricolo umano miniaturizzato su chip
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