Elk jaar worden in Vlaanderen meer dan tweehonderdduizend dierproeven uitgevoerd. Waarom hebben we nog proefdieren nodig in onze hoogtechnologische maatschappij?
“Wil je deze muis doden?”
Ik slik even wanneer mijn stagebegeleider mij deze vraag stelt. Het is najaar 2018 en ik ben stage aan het doen voor mijn opleiding Biomedische Wetenschappen. Na al een aantal dagen meegedraaid te hebben in het lab is er een experiment gepland met proefdieren, hier een muis. In dit lab proberen we uit te zoeken hoe de werking van onze lever verandert onder invloed van ons dieet. Nadat de muis een aantal weken op een vet dieet heeft gestaan moeten we de lever uit de muis isoleren om te kunnen bestuderen wat er juist veranderd is. Tot nu toe heb ik nog nooit een muis gedood, of zelfs enig ander wezen buiten de occasionele mug. Uiteraard weet ik wel dat muizen en andere proefdieren een dierproef zelden overleven, maar nu ik het zelf moet doen wordt het ineens heel persoonlijk. Mijn begeleider kijkt me vragend aan, wachtend op mijn antwoord. Maar door mijn hoofd schieten allerlei gedachten:
“Kan ik dat wel, een dier doden?”
“Wil ik wel een dier doden?”
“Is er geen alternatief hiervoor?”
Misschien stelde je jezelf deze vragen al eens? Of misschien denk je er nu over na?
We zijn zeker niet alleen. In de media lees ik regelmatig artikels en opiniestukken die vragen over proefdieren proberen te beantwoorden. De ene keer zegt deze expert dit, een andere keer zegt een activist wat anders. Maar wat zijn nu die alternatieven voor proefdieronderzoek? En vormen deze een waardig alternatief?
Proefdieren worden al honderden jaren gebruikt om ons eigen lichaam te bestuderen. Meer zelfs, al meerdere millennia! Aristoteles bekeek verschillende dieren en kwam tot de conclusie dat er veel gelijkenissen zijn tussen mens en dier. Zeker tussen de mens en andere zoogdieren kunnen we veel parallellen trekken; ze hebben beiden grotendeels dezelfde orgaanstelsels, dezelfde manier van voortbewegen, zelfs dezelfde manier van voortplanten.
Ook Romeinen waren geïnteresseerd in hoe ons lichaam werkt, maar hun wetten verboden om menselijke lichamen open te snijden. Dus kwam Claudius Galenus met het idee om dieren te gebruiken als model voor ons eigen menselijke lichaam.
Exact dit idee is nog steeds de voornaamste reden waarom wetenschappers proefdieren gebruiken. Proefdieren staan ons toe om experimenten en handelingen uit te voeren die moeilijk, tijdrovend en/of onethisch zijn om op mensen uit te testen. Maar steeds meer en meer rijst de vraag of proefdieren gebruiken voor ons eigen gewin niet eveneens onethisch is. Daarom streven onderzoekers ernaar om zoveel mogelijk proefdieren te vervangen, het gebruik ervan te verminderen en te verfijnen. Dit is het zogenaamde drie V-principe (in het Engels 3R’s: replace, reduce, and refine), wat ook wettelijk is vastgesteld in zowel de Belgische als de Europese wetgeving. Deze wetgeving is heel strikt om te bepalen wanneer een onderzoeksgroep onderzoek mag uitvoeren waarbij proefdieren worden gebruikt. Zo moet er geen waardig alternatief beschikbaar zijn dat het proefdierexperiment kan vervangen. Er moeten ook zo weinig mogelijk proefdieren gebruikt worden om het aantal proefdieren te verminderen. En als laatste moeten gebruikte technieken zo goed mogelijk verfijnd worden om zo min mogelijk leed te veroorzaken. Daarenboven wordt dit allemaal door een onafhankelijke ethische commissie geëvalueerd, juist om te voorkomen dat er meer proefdieren worden gebruikt dan nodig.
Deze wetgeving zorgt ervoor dat er elk jaar minder en minder proefdieren worden gebruikt in Vlaanderen, en drijft innovatie naar vervangende technieken om het gebruik van proefdieren te vermijden. Wetenschappers hebben tegenwoordig enorm veel mogelijkheden om proefdieren te vervangen. We kunnen die mogelijkheden opdelen in twee categorieën: ofwel gebruiken we computermodellen om (een deel van) het lichaam na te bootsen, of laten we specifieke cellen en weefsels opgroeien in het lab.
Computermodellen kunnen de complexe structuur en interacties tussen cellen modelleren, op basis van wat we al weten over hoe ons lichaam werkt. Deze modellen kunnen dan simuleren wat er gebeurt als er een eiwit niet meer werkt zoals het hoort, hoe de cellen en weefsels zich zullen gedragen als we een nieuw medicijn gebruiken en dergelijke. Doordat deze modellen rekening kunnen houden met veel verschillende factoren, hopen wetenschappers beter te voorspellen wat er gebeurt in ons lichaam wanneer we ziek zijn en kunnen ze helpen om nieuwe medicijnen te ontwikkelen.
Wetenschappers en onderzoekers in farmabedrijven gebruiken vaak computermodellen om geneesmiddelen te ontwikkelen. Zo’n model kan bijvoorbeeld voorspellen of een molecule gaat binden op het gewenste doelwit. Zo evalueren onderzoekers of een specifiek molecule naar een nieuw geneesmiddel kan leiden, nog voor dit is getest in een dier. Dankzij deze computermodellen kunnen we al een heel groot deel van kandidaat-medicijnen uitsluiten. Bijvoorbeeld omdat deze het gewenste doelwit niet kunnen binden, of omdat het niet specifiek genoeg bindt en zo tot ongewenste bijwerkingen kan leiden. Dit bespaart ons al een heleboel werk in celkweek en laat ons toe om enkel die moleculen te testen die als potentieel veilig en effectief worden aangeduid door de computermodellen.
Behalve voor de ontwikkeling van medicijnen worden computermodellen ook regelmatig ingezet voor onder andere het voorspellen van eiwitstructuren, zoals Google’s supercomputer. Als we heel accuraat kunnen voorspellen hoe een eiwit er juist uitziet in zijn 3D-vorm, kunnen we ook beter voorspellen hoe een medicijn hierop kan inwerken. Zo kunnen we zien waar het eventueel kan binden en of het activerend of inhiberend werkt. Onderzoekers gebruiken computermodellen ook om bijvoorbeeld de stroming van vloeistoffen te simuleren. Zo kunnen ze zien of een medicijn via het bloed bij zijn doelwitweefsel geraakt of niet.
Het voornaamste nadeel van computermodellen is dat ze beperkt zijn door onze huidige kennis, die nog steeds onvolledig is. We weten al veel over ons lichaam, over hoe cellen werken, wat er gebeurt in bepaalde omstandigheden, maar we weten nog helemaal niet veel in het grote plaatje. Hierdoor zijn computermodellen exact wat het zegt, een model. Een simplificatie van wat er in ons lichaam gebeurt. En net omdat we niet alles weten, gaan computers deze zwarte gaten ook niet kunnen invullen. Hierdoor zijn computermodellen een grote hulp en besparen ze ons immens veel werk, maar nemen ze de nood aan proefdieren nog niet weg.
Cellen zijn een alomtegenwoordige tool om ons eigen lichaam te bestuderen. Tegenwoordig hebben onderzoekers een brede waaier aan cellen beschikbaar. Deze cellen kunnen van elk type weefsel afkomstig zijn, van spieren tot hersenen. Verder zijn er verschillende soorten kankercellen beschikbaar, zoals borst- en longkankercellen. Kankercellen kunnen oneindig delen, een verworven eigenschap van deze cellen bij het ontstaan van de kanker. Bovendien delen kankercellen zich relatief snel, sommigen tot sneller dan eens in de 24 uur, en kunnen ze tegen een stootje. Dit zorgt ervoor dat deze cellen makkelijk op te kweken zijn in het lab en in principe oneindig houdbaar zijn. Niet-kankercellen delen zich veel trager, zoals cellen afkomstig van onze bloedvaten, of zelfs helemaal niet, zoals hartcellen. Dit zorgt ervoor dat deze cellen maar beperkt bruikbaar zijn, en het langer duurt om op te kweken.
Met de kennis die we ondertussen hebben verworven kunnen we relatief makkelijk cellen in het lab opkweken. Wetenschappers hebben maar enkele hulpmiddelen nodig: een afgesloten kast waarin het constant 37 °C is en waar de luchtvochtigheid wordt gecontroleerd, een plastieken schaaltje of fles waar de cellen zich aan kunnen vasthechten en de correcte voedingsstoffen voor de cellen om te overleven, het zogenoemde medium. Het medium bevat alle voedselstoffen die cellen nodig hebben om te kunnen groeien, zoals eiwitten en suikers. Dit zorgt er ook voor dat bacteriën hier ook goed gedijen, die dan de cellen kunnen infecteren. Daarom dienen onderzoekers vaak antibiotica toe om bacteriën niet de kans te geven om de cellen te infecteren, en werkt men heel steriel.
Het voornaamste voordeel van celkweek is dat het goedkoop en snel is, en bovendien makkelijk mee te werken. Proefdieren daarentegen vragen veel tijd en geld om te onderhouden, specifieke laboratoria en natuurlijk de nodige goedkeuringen. Dankzij continue vooruitgangen in wetenschappelijke technieken kunnen we cellen gemakkelijk genetisch manipuleren, denk maar aan de genetische CRISPR/Cas9 techniek die het genoom heel precies kan aanpassen. We kunnen bepaalde genen aan- of net uitzetten, veranderen door mutaties in te brengen, of zelfs vreemde genen binnenbrengen. Bovendien kunnen we snel de effecten van deze veranderingen in de cellen bestuderen, of ook de omstandigheden waarin de cellen groeien bestuderen. Behalve genetische manipulaties kunnen we eveneens de effecten van nieuwe drugs snel testen in celkweek. Zo kunnen we snel afleiden of een nieuwe drug toxische effecten zal hebben op de cellen in kwestie, een belangrijke stap in de ontwikkeling van medicijnen. Dit alles zorgt ervoor dat celkweek een duurzame, simpele manier is om snel cellen te manipuleren en drugs te bestuderen.
Natuurlijk zijn er ook nadelen verbonden aan het bestuderen van cellen in celkweek. Zo kunnen we ons de vraag stellen hoe representatief dit is als model. In ons lichaam groeien cellen in een complexe 3D-structuur, waarin verschillende cellen met elkaar communiceren en interageren. Dit is moeilijk na te bootsen in celkweek. Nieuwe kennis en bevindingen hebben ondertussen al wel geleid tot de creatie van een mini-orgaan in het lab komende van stamcellen, zogenaamde organoids. Een mooi voorbeeld zijn de mini-hartjes besproken in deze blog.
Deze organoids kunnen een belangrijke doorbraak zijn om cellen in het lab representatiever te maken, maar momenteel staat dit nog niet volledig op punt en is veel bijkomend onderzoek nodig. Voorts is er de mogelijkheid om cellen in een klein kamertje te steken, waardoor deze zich kunnen vasthechten in een 3D-omgeving. Deze techniek wordt “organ-on-a-chip” genoemd, waarbij in het klein een orgaan wordt nagebootst. Een voorbeeld hiervan is de lever-on-a-chip dat wordt gebuikt om leverontsteking (hepatitis) te bestuderen. Maar ook deze techniek staat nog in zijn kinderschoenen en is bijkomend onderzoek noodzakelijk voor het proefdieren volledig kan vervangen.
Een ander nadeel aan onderzoek in cellen is dat wetenschappers op verschillende manieren cellen kweken. Dit zorgt ervoor dat cellen zich op een iets andere manier kunnen gaan gedragen. Dit heeft natuurlijk een effect op hoe vertaalbaar effecten zijn in celkweek naar het menselijk lichaam. Voorts zijn cellen ook maar wat het zegt, cellen. Een orgaan is een complex gegeven van verbindingen en verschillende soorten cellen. Door dit verschil, een complex orgaan tegenover een simpele celkweek, kunnen onderzoekers foute conclusies trekken, zoals onder- of overschatte werkingen van medicijnen. Als men bijvoorbeeld een nieuw medicijn test op de kweek van neuronen, gaan we een degelijk idee hebben van dit medicijn op neuronen.
Maar in onze hersenen zitten veel meer cellen dan enkel neuronen, en weet men niet welk effect dit medicijn heeft op deze andere cellen. Bovendien gaan cellen die op zichzelf gekweekt worden zich soms anders gedragen dan de integratie van verschillende soorten cellen. Hierdoor kan er soms, bijvoorbeeld, een één plus één is drie gedrag voorkomen, waardoor een drug in neuronen op zich veilig is. Maar door de aanwezigheid van andere soorten cellen gaat dit niet altijd op, of komt er een tegenovergesteld resultaat en werkt een medicijn niet meer. Organoids en organs-on-a-chip proberen dit op te lossen, maar nog niet alle organen kunnen mooi worden nagebootst, of staan nog niet op punt. Voorts kunnen cellen geen gedrag vertonen en geen dingen leren zoals een proefdier dat wel kan. We kunnen maar moeilijk psychologische effecten bekijken op een hoopje cellen in een schaaltje. Zo kan een proefdier bijvoorbeeld leren hoe het door een doolhof moet navigeren, en een medicijn kan hier invloed op hebben, maar dat kunnen we niet testen op cellen.
Doordat computermodellen en celkweek een levend wezen nog niet volledig kunnen vervangen zijn we dus nog steeds aangewezen op proefdieren. Proefdieren worden voornamelijk gebruikt als laatste stap in het testen van nieuwe medicijnen, als laatste horde voor het vellig kan worden gebruikt in mensen. Het kan namelijk zijn dat een medicijn geen toxisch effect heeft op cellen, maar wel op een levend wezen. Doordat celkweek een proefdier niet volledig kan vervangen, worden muizen nog gebruikt in alle domeinen van biomedische onderzoek. Gelukkig hebben we al veel werk kunnen overdragen op celkweek, maar vaak moet dit toch nog worden gevalideerd in een proefdier als ultieme test.
We kunnen dus zeggen dat proefdieren in wetenschappelijk onderzoek nog steeds nodig zijn. Ja, er zijn zeker alternatieven ontwikkeld en die worden ook uitvoerig gebruikt om zo min mogelijk proefdieren te moeten gebruiken. Maar helaas zijn de alternatieven nog niet goed genoeg om ze compleet te kunnen vervangen. Net als vele andere wetenschappers hoop ik dat we in de toekomst geen proefdieren meer nodig hebben, dat computermodellen zo goed zijn geworden dat het zo goed als een echt lichaam kan simuleren, en dat celkweek zo vordert dat het bijna volmaakte organen kan vormen.
Maar als u zich nog afvroeg wat mijn antwoord was toen mij werd gevraagd of ik die muis wou doden? Het antwoord was na enige twijfel uiteindelijk ja. Ondertussen werk ik nog altijd met muizen als proefdieren, waarmee we proberen uit te zoeken hoe bepaalde genetische veranderingen leiden tot veranderingen in de hersenen. Elke keer ik een muis moet doden en een dissectie uitvoer voelt dit wrang. Elke keer zet me dit aan tot nadenken. Elke keer opnieuw besef ik dat we er nog niet zijn, dat we nog veel meer weten over ons eigen lichaam voor we proefdieren kunnen vervangen. Maar tot dan roeien we met de riemen die we hebben.
