חלופות לניסויים בבעלי חיים

חלופות לניסויים בבעלי חיים הן שיטות מחקר המאפשרות במקרים מסוימים הסקת מסקנות מדעיות מבלי לעשות שימוש ניסויי בבעלי חיים.

פיתוח שיטות מחקר חלופיות לשימוש בבעלי חיים במחקר ביו רפואי הוא תחום בין-תחומי, הנעזר בשיטות טכנולוגיות מתקדמות. התחום משלב ביואינפורמטיקה, מודלים ממוחשבים, מחקר קליני, ביולוגיה מולקולרית, ביוכימיה, סימולציות ממוחשבות, רובוטים, שימוש במכשירי דימות ואמצעים נוספים.

חלופת הצמצום (Reduction)
חלופת הצמצום מקובלת במחקר בבני אדם, היות שיקר וקשה למצוא מדגמים גדולים ובנוסף, להבדיל מבעלי חיים, משתתפי הניסוי יכולים לעזוב אותו לפני שהוא נגמר. שיטה פותחה בעשור האחרון של המאה העשרים לניסויים קליניים בבני אדם בודדים היא שיטת ABA. לאחרונה וריאציה שלה אומצה בניסוי בעכברים והורידה את גודל המדגם לשישה.

לפני ניסויים גדולים ויקרים, מקובל לערוך מחקר מקדים (ניסוי פיילוט) שמטרתו לבדוק את הניסוי על מספר מצומצם מאוד של בעלי חיים, במטרה להעריך את סיכויי ההצלחה שלו בטרם ביצועו בהיקף רחב. חלופת הצמצום דורשת להשתמש בתוצאות המחקר המקדים כדי להעריך את המספר המרבי של פרטים הדרוש לניסוי הגדול, ולהימנע מעריכתו על עודף פרטים.

חלופת העידון (Refinement)
חלופת העידון עוסקת באמצעים למזעור הסבל והכאב הנגרמים לבעל החיים עקב הניסוי. גורמי הסבל הפוטנציאליים הם פיזיים, נפשיים וסביבתיים. ניתן למזער את הסבל על ידי שיפור תנאי האחזקה של בעל החיים, שימוש מתמיד בחומרי הרדמה, הרגעה, אלחוש ושיכוך כאבים, טיפול וטרינרי נאות, שימוש באמצעי העשרה סביבתיים והוספת גירויים מעולמה הטבעי של החיה. אם צורכיהם החברתיים של בעלי החיים דורשים זאת יש להימנע מהחזקתם בבידוד ובמקום זאת אכסונם בכלובים משותפים.

מאחר שהידע הקיים על הערכת מידת הסבל והכאב של בעלי החיים הוא מצומצם ואינו מספק, יש הממליצים לאמץ את ההנחה כי אותם גורמי סבל ודחק בבני אדם מובילים לתוצאות דומות בחולייתנים אחרים.

כדי לדעת אילו שיטות ניסוי גורמות יותר סבל ואילו גורמות פחות סבל, יש לערוך מחקרים מקיפים המשווים את סבלן של חיות מעבדה בשיטות ניסוי שונות בעלות מטרות דומות. מחקרים כאלה יצטרכו להיעשות בתצפית על חיות המשתתפות בניסויים שמתקיימים למטרות אחרות.

חלופת ההחלפה (Replacement)
כל ניסוי שאינו כולל שימוש בבעל חיים שלם לצורך הניסוי נחשב לחלופת החלפה. בין חלופות ההחלפה:
 מחקר אין ויטרו, כלומר ביצוע הניסויים ובדיקות מעבדה בסביבה מבוקרת מחוץ לאורגניזם חי. בדרך כלל עבודה עם תרביות איברים, תאים ורקמות, הן כאלו שמקורם באדם והן כאלו שמקורם בבעלי חיים אחרים. שיטה זו חוסכת במשאבים, הן משאבים כספיים והן בבעלי חיים, אולם חסרונה ביכולת המוגבלת לגילוי תופעות לוואי, רעילות והשפעה שאינה פנים-תאית.
 ניסויים על אורגניזמים חסרי תודעה, כגון חד תאיים וצמחים, או שימוש ביצורים בעלי חישה מוגבלת.
 הדמיות אין סיליקו, הנעזרות במחשב וכוללות סימולציות ומודלים מתמטיים ממוחשבים. שיטה זו בודקת האם התאוריה תקפה, ויכולה לחסוך משאבים וסבל בניסוי עם תאוריה פגומה. היא גם יכולה לברור ממאגר מידע מולקולרי מידע על מבנה קולטנים שעשויים להיות חשופים לתופעות לוואי בעקבות תגובה כימית עם תרופה ולאפשר ניסוי אין ויטרו שבודק אפשרות תגובה זו במקום ניסוי בבעלי חיים שיגלה זאת. אין סיליקו אינה שיטה ניסויית בפני עצמה משום שהיא אינה בודקת את הנעשה בטבע.
 מחקר אפידמיולוגי, השוואת קבוצה של בני אדם חשופים לגורם סיכון או כאלו המקבלים תרופה מסוימת לקבוצת ביקורת שאינה חשופה לגורם זה. מחקר זה הוא מחקר תצפיתי.

חלופות לניסויים - שיטות מחקר

מחקר קליני
מחקר קליני מבוסס על תצפיות ומבדקים בבני-אדם והוא תחום המחקר החשוב והרלוונטי ביותר במחקר הביו-רפואי. ניסויים קליניים בבני אדם מהווים שלב הכרחי ואחרון בתהליך האישור של תרופות, ולשם כך משתמשים במתנדבים.
קל יחסית לגייס מתנדבים החולים במחלה חשוכת מרפא לניסוי בתרופה למחלה זו, אך קשה לגייס משתתפים בריאים למחקר על תופעות לוואי של תרופות או משתתפים חולים במחלה שיש לה תרופה, לניסוי בתרופה משופרת לאותה מחלה.

מחקר קליני בבני אדם נועד להגשים את המטרות הבאות:
 הבנת מנגנונים של התפתחות מחלות והשפעות של תרופות וחומרים אחרים על הגוף האנושי השלם.
 זיהוי ואבחון תופעות לוואי של תרופות באדם. אצל אנשים עשויות להיות תופעות לוואי שונות מאלה שהיו לחיות המעבדה. מלבד זאת, אנשים יכולים לדווח על תופעות לוואי שקשה לראות בתצפית. עם זאת יש לזכור שהמדגם בניסוי בבני אדם הוא על פי רוב קטן ומוטה (רק חולים במחלה ולא בריאים, פיזור מין, גיל ומוצא לא מאוזן וכו') ושבניסוי בבני אדם אי אפשר לדאוג שהמשתתפים לא יקבלו טיפול רפואי נוסף במקום אחר.
 אימות וכימות יכולת טיפולית של תרופות. במחקר בבעלי חיים לא ניתן להגשים מטרה זו, אלא רק במחקר קליני רחב ומקיף.
 איתור ארוך טווח של תופעות לוואי נדירות: תופעות מסוימות מתרחשות בתדירות של אחד ל-1,000 בבני אדם או בתדירות נמוכה אף יותר. מעקב קליני רציני ורחב היקף הוא הדרך היחידה המהימנה האפשרית לאיתור התופעות הללו.

מחקר ניסויי בבני אדם
שלבי הניסוי בבני אדם בפיתוח טיפולים רפואיים הם שלבים הכרחיים שקיימים בכל פיתוח של טיפול רפואי מכיוון שגם אורגניזם מודל לא יכול לנבא בוודאות גבוהה מספיק את תכונותיו של טיפול רפואי באדם. שלבי הניסוי בבני אדם עוקבים אחרי שלבי ניסויי בחיות. שלבי הניסויים בחיות כוללים לרוב ניסוי ביונקים. ניסויים ביונקים נועדו להקטין את הסיכון הבריאותי מבני האדם העומדים להשתתף בניסויים על ידי פסילת ניסוי בטיפול שהניסוי בחיות הראה כי הוא מאוד לא מוצלח.

שיטות מחקר אין ויטרו ושימוש במיקרואורגניזמים
שיטות מחקר אין ויטרו הן שיטות מחקר המתבצעות מחוץ לגוף החי, לדוגמה עם חלבונים במבחנה. אורגניזם מודל מיקרוסקופי כולל חיידקים, חד תאיים יוקריוטיים ותאים ורקמות, המופרדים לתאים בודדים. תאים אלה מוחזקים חיים בנוזל או במצע מזין.

היתרון בשיטות מחקר אלו הוא החיסכון הגדול במשאבים שהן מאפשרות, העובדה שהן לא דורשות הכשרה או ציוד שאין בידי החוקרים ושניתן להשתמש בתאים שמקורם בבני אדם ובכך להימנע מבעיות שמקורן בהבדלים בין בעלי חיים ובני אדם. מקור התאים האנושיים עשוי להיות שיליות הנשארות אחרי לידה, רקמות שמתקבלות בביופסיות, רקמות שהוצאו במהלך ניתוחים, רקמות מתורמים, רקמות מגופות ותאים סרטניים.

בשל יתרונות אלה, כל ניסוי שאפשר לעשות אין ויטרו או עם אורגניזם מודל מיקרוסקופי אכן נעשה בשיטות אלה. כמו כן, ניסויים שאפשר לקבל עליהם רק תשובה חלקית בשיטות אלה, זוכים לניסוי מקדים ואם הניסוי המקדים נכשל, נחסכות ההוצאות על הניסוי בבעלי חיים גדולים יותר.

ביופסיות אנדוסקופיות הראו שסרטן ממאיר של המעי הגס מתפתח מגידולים שפירים המכונים "אדנומות". זאת בניגוד למודל המוביל מבוסס בעלי החיים של סרטן המעי הגס, שבו המעבר מאדנומה לקרצינומה לא מתרחש.

מערכות אין ויטרו ותרביות רקמה יעילות במיוחד במחקרים בהם נבדקים מנגנונים ביוכימיים של תהליכים שונים, שלצורך הבנתם חיוני להימנע מהשפעות חיצוניות, כגון השפעות הורמונליות. בהתאם לכך, תרבית של רקמה מסוימת אינה מהווה מודל מושלם לתהליך שמתחולל בגוף שלם אך היא משמשת ככלי יעיל וחשוב לצרכים מחקריים רבים, החל ממחקר בסיסי וכלה בבדיקות רעילות של חומרים. לרוע המזל, לא כל דבר אפשר לבדוק כך. אפשר למשל לגלות אין ויטרו האם תרופה חדשה נקשרת לקולטן המטרה שלה. אפשר לגלות כך תופעות לוואי ברמת התא. אי אפשר לגלות האם יש תופעת לוואי בכל רקמה ורקמה בגוף היונק. אי אפשר לבדוק כך השערות על פרישת מערכות עצבים וכדומה.

חסרונן של שיטות אלו נובע מחוסר יכולתן לנבא נאמנה (אם בכלל) תגובות מחוץ לאיבר או מולקולת המטרה של התרופה.

כל מכון מחקר לתרופות משתמש בצורה כמעט בלעדית בשיטות אלה לניסוי ראשוני בפרמקולוגיה, לפני שלב הניסוי בבעלי חיים, לצורך סינון ראשוני של חומרים אנטי-סרטניים ותרופות אחרות בשל החיסכון האדיר במשאבים ששיטות אלה מאפשרות.

כיום ישנה נגישות רבה לרקמות כמעט מכל סוג, ובין היתר ניתן לרכוש אותן מחברות מסחריות, שמגדלות ומוכרות אותם למוסדות מחקר.

קיימות מספר שיטות למחקר אין ויטרו ולכל אחת שימושים שונים.
 תרביות של שורות תאים (cultures cell lines)
 מכילות תאים סרטניים שנלקחו מגידולים ממאירים בבני אדם או בבעלי חיים, אשר גדלים ללא הפסקה עשרות שנים, ולפיכך מספקים מאגר בלתי-נדלה של תאים למחקר. בשיטה זו התאים עוברים התמרה שמבטלת את רגישותם לתהליכי הבקרה שתאים רגילים נתונים להם, ואשר גורמים להגבלת מספר החלוקות האפשרי של כל תא. זמינותן של שורות תאים למחקר, קלות אחזקתן וחסכוניות השיטה הפכה אותה למוכרת ורווחת במחקר הביו-רפואי. עם זאת, יש לזכור שתא סרטני אינו זהה בתכונותיו לתא רגיל בגוף האדם.
 סוללת מבדק רב-רקמתית ו- microarray של רקמות: אלו הם מבדקים הבנויים על פלטות, המכילות סדרה גדולה של רקמות מאברי גוף שונים בכל אחת מהבארות שבפלטה. בשיטה זו ניתן לבדוק השפעה של חומר מסוים על סוגים שונים של רקמות בגוף, את רעילות החומר ובייחוד באילו איברים ורקמות היא מתבטאת, ולהעריך בצורה די מדויקת את המינון שממנו הוא מתחיל להיות רעיל לרקמה כזו או אחרת. אולם אי אפשר להעריך כך השפעה בין רקמתית.
 תרבית עור רב-שכבתית היא תרבית המורכבת ממספר סוגי רקמות, אשר מחקה את מבנהו של עור אנושי אמיתי. חברות קוסמטיקה ותרופות רבות משתמשות בתרביות כאלה כחלופה למבדקים בארנבות, שנועדו לבדוק האם חומר מסוים גורם נזק לעור. אולם, על מנת לברר מה ההשפעה של חדירת החומר לעין יש להשתמש בבעל חיים חי.
 תרביות רקמה (tissue cultures) – בתרבית זו נשמר המבנה המקורי של הרקמה כולל יחסי הגומלין שבין תאיה. באמצעות התרבית ניתן לחקור השפעות תרופות וסמים, למשל בתרביות רקמה של כבד וכליה.
 תרביות איברים (organ cultures) מאפשרות לחקור יחסי–גומלין בין תאיים מורכבים, ומשמשות בניסויים פרמקולוגיים רבים. אולם גם שיטות אלה משמשות כניסוי מקדים לניסוי בחיות

שיטות מחקר מבוססות מחשב- אין סיליקו
שיטות אין סיליקו, העושות שימוש במודל ממוחשב אינן ניסוי. אולם הן יכולות לחסוך חלק מהניסויים כשהן מגלות מראש שהתאוריה סותרת את עצמה או שחומר מסוים בסיכון גבוה להתקשר עם קולטן לא רצוי. שיטות מבוססות מחשב מתוחכמות הולכות ותופסות תאוצה כאמצעי חשוב לחיזוי השפעה של חומרים שונים על גוף אנושי חי ושלם. במערכות מסוג זה, המכונות מבדקי "אין סיליקו", נערך שימוש במודלים ממוחשבים של קולטנים - מולקולות חלבון מורכבות המשחקות תפקיד מפתח במטאבוליזם של תרופות ושל התגובות הנערכות בהשפעתן, על מנת לנסות לנבא את השפעותיהם של חומרים אלו על הגוף, לאחר חילוף חומרים.

QSAR - שיטה לחיזוי רעילות של תרופות

אחת השיטות המבטיחות ביותר כאמצעי לחיזוי רעילות של תרופות נקראת יחסי מבנה-פעילות מדידים (QSAR). השיטה חוקרת את הקשר בין מבנה של מולקולות ביולוגיות לבין הפעילות שלהן, מתוך הנחה (שמבוססת על התאוריות הכימיות הקיימות), שהקשר קיים והדוק.
מערכת המבדק QSAR מדמה תגובות של חומרים שונים עם קולטני אציל הידרוקרבון, אנדרוגן ואסטרוגן לבדיקת הפרעה למערכת ההורמונלית, ציטוֹכרוֹם P450 3A4 (מהקולטנים החשובים ביותר בהתמרות מטאבוליות של תרופות) וקולטן התירוֹאיד.
החוקרים בדקו 430 חומרים ומצאו התאמה גבוהה בין התוצאות שניבא המודל לתוצאות האמיתיות שהתקבלו ותועדו במערכת חיה. בעקבות התוצאות המעודדות הקימה הקבוצה את "מעבדת האינטרנט לזיהוי ממוחשב של תופעות לוואי הנגרמות על ידי תרופות וכימיקלים". כדי לפתח את המערכת הלאה, הקבוצה מוכנה להציע את שירותי הבדיקה של המעבדה הממוחשבת בחינם למוסדות אקדמיים וארגונים ללא מטרת רווח.

ניתן לבדוק באמצעותה את השפעתם של חומרים חדשים שמשערים כי יש להם השפעה טיפולית, עוד לפני שמתחיל הייצור הממשי שלהם. כך ניתן למנוע ייצור של חומרים מסוכנים מבלי לנסות אותם על בעלי חיים.

על פי פרסומי "מעבדת האינטרנט לזיהוי ממוחשב של תופעות לוואי הנגרמות על ידי תרופות וכימיקלים" וגופים שבדקו את תוצאת המחקרים, המערכת נמצאה אמינה, אחת האינדיקציות לאמינותה היא העובדה שלא ייצרה תשובות חיוביות שקריות (false-positive), שהן השגיאות המסוכנות שמערכת מסוג זה יכולה לייצר, כלומר היא לא הציגה בטעות חומר מסוכן כבטוח.

חשיבותן של מערכות מסוג זה זכתה לאחרונה לאישור והכרה מצד הארגון לפיתוח ושיתוף פעולה כלכלי (OECD) ושל הסוכנות להגנה סביבתית בדנמרק .

אחד השימושים שעבורם ניתן ליישם כבר היום מערכות QSAR, הוא סינון ראשוני, או טרום-ראשוני, של תרופות. על פי הסינון, חומרים שהמודל ינבא להם רעילות בסבירות גבוהה לא ימשיכו להיבדק ובכך יחסכו משאבים רבים.

שיטות ביואינפורמטיות בחקר ביוכימיה של התא

שיטות המאפשרות לדמות תגובות ביוכימיות, ולהבין מתוכן את הקשר בין מבנים ביוכימיים לפעילות מולקולרית, לקצב תגובה ולתכונות נוספות כגון אפיניות (חוזק הקשר) וספציפיות בין מולקולות.

שיטות אלה מלמדות כיצד תגובות או אינטראקציות בין מולקולות גורמות לזירוז, עיכוב או שינוי תכונות של אנזימים, כיצד מתרחש קישור בין חלבונים ל-DNA וכך הלאה. הדבר נעשה על ידי חישוב התהליכים הכימיים והפיזיקליים המתרחשים במצבים הנבדקים, בהתבסס על הכללים והחוקים הידועים בכימיה ופיזיקה ויישומם עבור כל אחד מהמצבים באמצעות המערכת הממוחשבת. באמצעות שיטות אלה לדוגמה פותחו מעכבי הפרוטאזות המשמשים כמרכיב בטיפול במחלת האיידס. מעכבים אלה סונתזו הודות לשימוש בתוכניות מחשב לניתוח מבנה האנזים הנגיפי ולחיזוי סוגי המולקולות שעלולות לעכבו.

אפידמיולוגיה ופתולוגיה
אפידמיולוגיה היא ענף מחקר ביו-רפואי העוסק בחקר תופעות רפואיות ברמת האוכלוסייה. ענף מחקר זה הוא ענף מחקר תצפיתי ולא ניסויי. הוא מאפשר לגלות קשר סטטיסטי בין תופעות רפואיות לבין תופעות סביבתיות כגון זיהום כימי או ביולוגי לתאר מגמות שונות בהתפתחותן והתפשטותן של מחלות בקרב אוכלוסיות ותת-אוכלוסיות מוגדרות של בני אדם. מציאת חוסר קשר סטטיסטי בין תופעה רפואית לתופעה סביבתית חוסך את הצורך לבדוק קשר זה בניסוי. אולם מציאת קשר סטטיסטי אינה חוסכת ניסויים משום שהקשר סטטיסטי לא מוכיח סיבה ומסובב. לדוגמה: מציאת חוסר קשר בין שתיית אלכוהול לסרטן הריאות יכולה לחסוך עריכת ניסויים על חיות ואנשים בעניין זה. אולם הקשר שנתגלה בעזרת האפידמיולוגיה בין עישון לסרטן הריאות הצריך סדרת ניסויים שהוכיחה. שעישון גורם לסרטן הריאות ואין, למשל, מצב בו סרטן הריאות לא נגרם על ידי סיגריות אלא מפתח תעבה לעישון.

ענף מחקר תצפיתי אחר שיכול לגלות קשרים או חוסר קשרים סטטיסטיים בין תופעות רפואיות ותופעות סביבתיות הוא הפתולוגיה.

ראו גם
 מעבדה על שבב

קישורים חיצוניים
 עלון תקופתי בעברית הסוקר את החידושים האחרונים בנושא החלופות לניסויים בבעלי חיים
 ATLA - כתב עת של ה- Fund for the Replacement of Animals in Medical Experiments
InterNICHE - הרשת הבינלאומית לחינוך הומני
 ועידת הרופאים למען רפואה אחראית (PCRM)
 קרן עמותת "חי" ע"ש אוליב וולקר, למימון קידום חלופות לניסויים בבעלי חיים
 
 Americans Europeans Japanese For Medical Advancement
 Pound P et al.,Where is the evidence that animal research benefits humans?, British Medical Journal 2004;1. 514-517
 Roberts I., Testing treatments on animals: Relevance to humans, NHS press 2006.

הערות שוליים

שיטות ניסוי ביורפואיות
אתיקה
ניסויים בבעלי חיים