Научные и эстетические аспекты использования изолированных культур клеток животных в рамках экспериментальных исследований лекарственных средств.

Оглавление
Введение
1. Отношение к животным и этика их использования в экспериментах
1.1. История вопроса
1.2. Этика использования животных в экспериментах
2. Изолированные культуры клеток и тканей
2.1. Методы, альтернативные работе с животными
2.2. Некоторые преимущества работы с культурой клеток
2.3. Отрицательные стороны при работе с культурой клеток
3. Этика Научных Исследований
3.1. Этика научных исследований в ветеринарии
3.2. Основные научные проблемы ветеринарной медицины
3.3. Особенности этики научных работников
Список литературы

Научные и эстетические аспекты использования изолированных культур клеток животных в рамках экспериментальных исследований лекарственных средств.

Не смотря на широкую доступность альтернатив, количество используемых животных уменьшается очень медленно. Представление и последующее использование альтернатив не представляется простым по некоторым причинам:
1. Некоторые давно работающие сотрудники противостоят изменениям и нуждаются в убеждении о преимуществах использования альтернатив. Книги, лаборатории и оборудование до сих пор ориентированы на эксперименты на животных. Убеждение таких учителей в преимуществах альтернатив представляется сложным.
2. Внедрение альтернатив обычно требует первоначальных вложений времени и денег.
3. Существуют финансовые, технические и другие факторы, которые ограничивают использование альтернатив.
Сотрудники с положительным отношением к использованию альтернатив экспериментам на животных, в частностите, которые разработали их сами, обычно знают, как решать проблемы, описанные выше.
2.2. Преимущества альтернатив
66 процентов лауреатов Нобелевской премии в области физиологии и медицины прошлого столетия использование альтернативных методик играло ключевую роль в исследовании [15]; за последние годы процент использования in vitro технологий значительно вырос [16]. В первую очередь это связано с преимуществами применения альтернатив.
В зависимости от целей, модели без животных имеют ряд преимуществ перед экспериментами на животных.
1. Работа с альтернативами исключает влияние эмоций, возникающих при взаимодействии с мертвыми или живыми животными.
2. В то время как определенный эксперимент может быть проведен лишь один раз, альтернативная модель может использоваться вновь и вновь.
3. Модель может иметь встроенную систему самооценки, позволяющую оценить степень достижения целей эксперимента.
4. Альтернативы, включающие аудиовизуальные технологии предоставляют возможность демонстрации явлений, которые обычно не наблюдается в подобном эксперименте на животном.
Не смотря на то, что создание альтернативной модели может быть дорогостоящим, ее можно использовать неоднократно. Кроме того, альтернативная модель чаще обходится дешевле приобретения большого количества животных [17].
2.3. Некоторые преимущества работы с культурой клеток
Главное преимущество культивируемых клеток, которое полностью используется клеточными биологами, но часто игнорируется биохимиками, — это возможность прижизненного наблюдения клеток с помощью микроскопа. Существенно то, что при работе с культурами клеток в эксперименте используются здоровые клетки и что они сохраняют жизнеспособность в течение всего эксперимента. Убедиться в этом можно, периодически тестируя культуру клеток. Более того, легко оценивать относительное содержание жизнеспособных клеток. При опытах же на целом животном состояние почек, например, можно оценить лишь в конце эксперимента, и к тому же обычно лишь качественно.
Культуры клеток представляют собой гомогенную популяцию генетически однородных клеток, растущих в постоянных условиях. Более того, исследователь может изменять эти условия в определенных пределах, что позволяет ему оценивать влияние на рост клеток самых различных факторов — рН, температуры, концентрации аминокислот, витаминов и т. п. Рост может быть оценен в течение короткого периода времени либо по увеличению числа или размера клеток, либо по включению радиоактивных предшественников в клеточную ДНК.
Более того, при работе с культурами клеток существенные результаты могут быть получены при использовании очень небольшого количества клеток. Эксперименты, требующие для выяснения того или иного вопроса использования 100 крыс или 1000 человек, могут быть с равной статистической достоверностью поставлены на 100 культурах на покровных стеклах. Если каждую клетку рассматривать как независимый объект эксперимента, то одна культура на покровном стекле даст более достоверный ответ, чем целая клиника, полная больных. Это является важным преимуществом, когда дело касается человека, и, кроме того, снимает многие этические проблемы, возникающие при необходимости использовать для эксперимента большую группу животных. В ряде случаев на конечных стадиях эксперимента все же возникает необходимость в опытах на целых животных, однако ничто не мешает при этом использовать клеточные культуры в предварительных исследованиях.
Поскольку клетки в культуре легко доступны для различных биохимических манипуляций, то при работе с ними радиоактивные предшественники, яды, гормоны и т. п. могут быть введены в заданной концентрации и в течение заданного периода времени. Количество этих соединений может быть на порядок меньше, чем при экспериментах на целом животном. Исчезает также опасность того, что исследуемое соединение метаболизируется печенью, запасается мышцами или экскретируется почками. При использовании клеточных культур, как правило, бывает нетрудно установить, что при такой-то концентрации добавленное в культуру вещество находится в контакте с клетками в течение данного периода времени. Это обеспечивает получение реальных значений скорости включения или метаболизма исследуемых соединений. Интерпретация результатов таких экспериментов на целых животных чрезвычайно затруднительна, хотя и в клеточных культурах результаты могут маскироваться повреждающим действием исследуемых соединений. Однако в тех случаях, когда цель эксперимента — обнаружить действие того или иного лекарственного препарата или косметического средства на животное, факторы, создающие проблему для одного биохимика, могут явиться сутью эксперимента для другого.
Одним из главных преимуществ бактериологов по сравнению с традиционными биохимиками, работающими с эукариотами, являлась доступность широкого набора мутантных микроорганизмов, что позволяло бактериологам проводить сложные генетические эксперименты. Изучение наследственных взаимосвязей у эукариот требовало длительного времени, причем особенно длительным временем генерации отличаются млекопитающие. Наиболее остро эта проблема проявилась при изучении генетики человека, которая в лучшем случае остается лишь описательной наукой. Способность клеток к росту в культуре привела к развитию методов клонирования, хранения и слияния клеток, что в свою очередь привело к становлению новой области науки — генетики соматических клеток.
Клетки, синтезирующие интересующие исследователей антитела (например, клетки селезенки животных, иммунизированных специфическими антигенами), плохо росли в культуре или совсем не росли, а клетки миеломы продуцировали антитела с неизвестной специфичностью. Способность этих двух типов клеток к слиянию позволила в последнее время наладить крупномасштабное производство моноклональных антител. Если мышь иммунизировать неочищенным препаратом антигена и затем клетки ее селезенки гибридизовать с клетками миеломы, то среди полученных гибридных клеток найдется по крайней мере одна, продуцирующая антитела, специфические к исходному антигену. Эта клетка может быть клонирована и трансплантирована в мышь в форме опухоли, продуцирующей высоко специфические антитела в количестве, измеряемом граммами. Представляя безусловный интерес для иммунологов, это, кроме того, дает возможность биохимику получать антитела к материалу, который он не может должным образом очистить [18].
2.4. Отрицательные стороны при работе с культурой клеток
Клетки - это «кирпичики», из которых построен организм, и они очень сходны у самых различных животных. Для удобства исследования отдельные клетки, ткани, органы и их системы можно рассматривать самостоятельно. Но главным моментом такого подхода служит представление о том, что функция каждой клетки, ткани и органа находится в тесной связи с функциями других клеток, тканей, органов и систем, а весь комплекс регуляторных механизмов обеспечивает не только тонкое взаимодействие внутри организма, но и приспособление организма как целого к постоянно меняющимся физико-химическим и социальным условиям среды [19, 20].
Характерная черта большинства многоклеточных организмов — множественность, дифференциация и специализация структур и функций составляющих их элементов. Так, в организме позвоночных животных насчитывается примерно 1015 клеток, дифференцированных приблизительно на 200 клеточных типов, формирующих высокоспециализированные ткани, органы и системы. Такая степень множественности, дифференциации и специализации составляющих компонентов требует высокого уровня их интеграции и координации, без чего не может быть обеспечено существование организма как единого целого с его способностью к самостановлению, самосохранению и самовоспроизведению. Это обстоятельство эволюционно обусловило возникновение в многоклеточных системах разнообразных форм, механизмов и уровней организующих межклеточных взаимодействий. Они в конечном счете сводятся к взаимному обмену клеток утилизируемыми веществами — строительными и топливными материалами (системы межклеточной передачи веществ и энергии), к межклеточному сигнальному управлению характером и интенсивностью обмена веществ и энергии в клетках (системы межклеточной передачи информации, или сигнальные системы). Обе коммуникативные системы взаимодействий осуществляются соответственно с помощью утилизируемых и сигнальных метаболитов (утилизонов и информонов). Оба типа метаболитов секретируются и транспортируются от клетки к клетке либо по контактам (простые; высокопроницаемые, или «щелевые»; нервные синапсы) их поверхностей, либо с циркулирующими жидкостями (кровь, гемолимфа, а также лимфа, ликвор) — гуморально.
В формировании стабильной целостности организма при его взаимоотношениях с внешней средой важное значение имеют процессы межклеточного управления с помощью информонов. Существенно дополняя и координируя механизмы внутриклеточного управления (генетические, ферментативные, мембранно-транспортные), межклеточные взаимодействия направленно изменяют с их помощью — необратимо программируют (детерминируют) или обратимо регулируют (контролируют) — метаболизм отдельных клеток в соответствии с потребностями самих клеток, тканей, органов, целого организма. Кроме того, возникшие в клетках под влиянием надклеточных сигналов метаболические сдвиги вторично приводят к направленному обратимому изменению потока утилизируемых веществ. В результате системы межклеточного управления специфически позитивно или негативно программируют цитодифференцировку и регулируют жизнедеятельность клеток (непосредственно и при участии утилизонов), определяя необходимые для организма целостность и постоянство внутренней среды, его гомеостаз [21].
Успех изучения целого организма зависит не только от знания макро- и микроструктуры органов, основы протекания физических и химических процессов в живых тканях, но и представления организма в как единой функционирующей системы, в которой все органы и ткани находятся в тесном взаимодействии между собой. При этом особое внимание следует уделить взаимодействию каждого органа и систем в зависимости от меняющейся ситуации в организме и вне его.
Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой и поэтому, как писал еще И. М. Сеченов, в изучение организма должна входить и среда, влияющая на него [20].
В отличие от целостного организма культуры клеток лишены структурной организации, не имеют характерной гистологической архитектуры. Динамические свойства культивируемых клеток часто трудно контролировать, также трудно реконструировать in vitro некоторые клеточные взаимодействия, наблюдаемые in vivo.
Популяция клеток не всегда гомогенна и обладает фиксированным фенотипом. Некоторые культуры, например, кератиноциты эпидермиса, содержат стволовые клетки, клетки-предшественники и кератинизированные чешуйчатые клетки. В такой культуре происходит постоянное обновление за счет стволовых клеток, пролиферация и созревание клеток-предшественников, а также необратимая дифференцировка, сопровождающаяся "слущиванием" чешуйчатых клеток в культуральную среду.
В свежевыделенных культурах (первичных) наиболее полно представлены типы клеток той ткани, откуда они были получены. Пассирование обеспечивает возможность продления существования культуры, возможность клонирования, исследования и сохранения свойств клеток, однако при этом получаются более однородные популяции, а также теряются специализированные клетки. После нескольких пересевов линия клеток либо гибнет, либо трансформируется и становится постоянной клеточной линией. Свойством "бессмертности" обладают в основном клетки, полученные из опухолей. Появление постоянной линии клеток констатируется по морфологическим изменениям (уменьшение размера клеток, снижение их адгезивности, округление, увеличение ядерно/цитоплазматического отношения, по увеличению скорости роста, по снижению зависимости от сыворотки, по увеличению эффективности клонирования, по снижению зависимости от субстрата, по увеличению гетероплоидности (хромосомные различия между клетками) и анеуплоидности и по увеличению опухолеродности. Нормальные клетки могут трансформироваться в постоянную линию, не становясь при этом злокачественными.
В настоящее время клеточные и тканевые культуры позволяют исследовать такие важные для медицины проблемы, как перерождение нормальных клеток в опухолевые, всесторонне изучать их свойства, чувствительность клеток к физическим и химическим факторам, в том числе к лекарствам, а также определять потенциальную мутагенность и канцерогенности этих факторов, т. е. их способность вызывать мутации и опухоли. Разработка методов длительного культивирования позволяет формировать банки клеточных линий, обладающих определёнными генетическими и биохимическими свойствами. На этой основе создаются методы криоконсервации – сохранение в условиях глубокого охлаждения клеток, тканей и органов для трансплантации (пересадки), в качестве резервного генофонда редких и исчезающих биологических видов, а также для других целей. С конца XX в. стали возникать банки, в которых хранятся замороженные стволовые клетки, используемые для лечения самых различных болезней и травм.
Клеточные культуры служат также удобными объектами для изучения тканевой несовместимости и других иммунных реакций. Они используются в диагностике вирусов и для получения вакцин. Таким образом, культура клеток и тканей применяется для решения как фундаментальных теоретических проблем (таких, напр., как клеточная дифференцировка), так и различных практических задач, особенно в области медицины. Этот метод – неотъемлемая составная часть генной инженерии, клеточной инженерии, клонирования и других направлений экспериментальной биологии [21, 22].
3. Этика Научных Исследований
3.1. Этика научных исследований в ветеринарии
Сегодня актуальным является повышение значения этических аспектов науки, ускорение научно-технического прогресса, превращение научной профессии в массовую, усиление роли коллективных форм трудовой деятельности в науке. В результате становится необходимым освещение различных вопросов этики ученых как своеобразной профессиональной группы. Для них проведение научных исследований – это неотъемлемая составляющая учебного процесса, путь к самостоятельному познанию истины и проверка способности к разрешению различных вопросов проблемного характера.
Как указывал академик К.И. Скрябин, по количеству объектов изучения, а также по своей глубине ветеринарная медицина представляет собой самое интересное звено человеческой жизни. Ведь нет другой науки, которая бы исследовала и предохраняла от болезней такое большое количество представителей животного мира. Ветеринарную медицину тревожит также судьба мелких домашних животных, редких и экзотических животных зоопарков, различных лабораторных животных, которых она защищает, беспокоится за состояние их здоровья.
На сегодня в мире насчитывается более 150 заболеваний, общих для человека и животных. Это заболевания различной природы, и чтобы уберечь от них здоровье людей, следует ликвидировать их среди животных. Для этого в нашей стране осуществляются тесные контакты между ветеринарно-санитарной и медицинской службами, а научные разработки проблем профилактики таких болезней проводятся по комплексной программе ученых ветеринарной и гуманитарной медицины.
Особого внимания заслуживает ветеринарно-санитарная экспертиза продуктов животноводства. Здесь важно не только предотвратить попадание в пищу продуктов от больных животных, возникновение кормовых токсикоинфекций, но и защитить человека от потребления продуктов, которые содержат микотоксины, пестициды, антибиотики и другие вредные вещества. Дальнейшее совершенствование методов экспертизы продуктов животноводства – важная перспективная задача ветеринарной медицины.
Нельзя не вспомнить и лабораторных животных, которых широко используют в экспериментальной медицине. На них изучают спонтанные и экспериментальные новообразования, работу искусственного сердца. Результаты исследований в первую очередь зависят от здоровья лабораторных животных, отсутствия инфекционных, инвазионных и других болезней.
Важной является проблема охраны окружающей среды и животного мира. Промышленное животноводство остро поставило проблему охраны окружающей среды, предотвращение ее загрязнения стоками животноводческих комплексов. Надежное обеззараживание, защита окружающего воздушного бассейна, проблемы дезодорации нуждаются в оптимальном решении.
Важное значение имеет деятельность ветеринарной медицины по проверке на токсичность, тератогенность, мутагенность и канцерогенность предложенных для использования с сельском хозяйстве и животноводстве пестицидов, инсектицидов, биологически активных веществ, кормовых добавок и др. эта работа в перспективе приобретает важное значение, поскольку практически мы вступили в полосу химизации как растениеводства, та и животноводства [24, 25].
3.2. Основные научные проблемы ветеринарной медицины
Перед ветеринарной наукой стоят важные задачи по дальнейшему развитию научных исследований в различных направлениях, особенно в области молекулярной биологии и генной инженерии – основ современной биотехнологии. К новым направлениям можно отнести ветеринарную иммунологию, генетику, лейкозологию и онкологию, гнотобиологию. Перспективным также считается использование ветеринарных аспектов животных, особенно в промышленном животноводстве.
Современная биотехнология уже делает вклад в ветеринарную медицину. Здесь особенно ощутимым является создание генно-инженерных вакцин для профилактики болезней животных, использование моноклональных антител с диагностической и лекарственной целью, иммуноинвазионных болезней для диагностики инфекционных и инвазионных болезней сельскохозяйственных животных.
Новым подходом к созданию вакцинных препаратов является использование методов генной инженерии. Например, создание таким методом вакцин против ящура полностью предотвращает опасность занесения вируса в окружающую среду. Новые методы удешевят технологию производства вакцин и снимут проблему возможной остаточной вирулентности.
Использование методов генной инженерии является перспективным для создания вакцин против таких вирусных болезней, при которых не удается получить стабильного вакцинированного штамма.
Новая технология промышленного изготовления антител обещает внести существенные изменения в такие отрасли ветеринарной медицины, как диагностика болезней, лечение больных, а также пассивная иммунизация.
Иммуноферментный метод позволит прижизненно диагностировать тяжелые болезни, возбудители которых в организме слабо стимулируют синтез антител, вследствие чего создают проблемы выявления носителей и больных с бессимптомным проявлением заболевания. К тому же своей чувствительностью он дает возможность обнаружить ранние формы болезни и является более экономичным.
Значительный прогресс ветеринарной медицины связывают с дальнейшим развитием иммунологии – науки, которая охватывает все аспекты защиты организма от генетически чужих веществ экзо- и эндогенного происхождения. Она изучает не только проблемы иммунитета при инфекционных заболеваниях.