Introduzione e concetti generali sulla ricerca scientifica e sperimentazione animale

DIPARTIMENTO DI MEDICINA

VETERINARIA E SCIENZE ANIMALI

Introduzione e concetti generali Corso: Genetica e modelli animali Modulo: Allevamento degli animali da laboratorio III anno AA 2024-2025 24 febbraio 2025 TUDIORUM TAS S UNIVERSIT SIS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO Dr.ssa Vera Perricone, DVM, PhD

Agenda

• Ricerca scientifica
• Sperimentazione animale e modelli animali
  • Benessere come aspetto fondamentale nell'allevamento degli animali da laboratorio
  • I numeri della sperimentazione animale in Italia e in Europa

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Ricerca scientifica

'L'insieme delle attività destinate alla scoperta e utilizzazione delle conoscenze scientifiche' In cosa consiste? Formulare un'ipotesi, raccogliere informazioni, fare esperimenti e interpretarne i risultati, con lo scopo finale di aumentare le conoscenze su un determinato problema o argomento e le possibilità di intervenire su di esso Si basa su regole ben precise, che consentono di arrivare a risultati affidabili, oggettivi e riproducibili Metodo scientifico: consiste nella raccolta di dati empirici sotto la guida delle ipotesi teoriche da vagliare e nella analisi rigorosa, logico-razionale e, dove possibile, matematica di questi dati, «associando le sensate esperienze alle necessarie dimostrazioni. (Galileo Galilei)

IL METODO SCIENTIFICO

2mg ' [*] 1 OSSERVARE IL FENOMENO 2 FORMULARE . DOMANDE 3 . FORMULARE - IPOTESI 4 FARE GLI 1. ESPERIMENTI 5. REGISTRARE E ANALIZZARE I DATI TRARRE UNA 6 . CONCLUSIONE

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Classificazione della ricerca scientifica

Può essere classificata in diversi modi e secondo diversi criteri: · Ricerca fondamentale: studio sistematico della natura e delle sue leggi a fini puramente conoscitivi a prescindere da scopi immediatamente pratici · Ricerca applicata: volta invece a individuare e sperimentare le possibili applicazioni pratiche delle conoscenze acquisite Il confine tra ricerca di base e ricerca applicata non è quasi mai netto: spesso è solo l'intervallo di tempo tra il raggiungimento dei risultati e la ricaduta applicativa che serve a differenziare le due

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Ricerca scientifica: base e traslazionale

oppure · Ricerca di base: attività sperimentale o teorica sviluppata per acquisire nuove conoscenze su fenomeni fondamentali, iniziata senza la previsione di una particolare applicazione. Necessaria per studiare la fisiologia e/o per capire i meccanismi che sono alla base di determinate patologie. Indispensabile alla ricerca traslazionale · Ricerca traslazionale: può essere condotta su una specie per capire il funzionamento che si può avere in un'atra specie al fine, in genere, di comprendere quali sono le patologie della specie umana. Si usano diversi modelli animali.

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Ricerca scientifica in campo clinico-medico

Ricerca di base

· Guidata principalmente dalla curiosità dei ricercatori · Inizia senza particolari fini applicativi · Permette di capire, ad esempio, il meccanismo molecolare che sta dietro un particolare fenomeno biologico (es. espressione dei geni che a volte portano la cellula a trasformarsi in un tumore)

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Ricerca scientifica in campo clinico-medico: preclinica

Ricerca preclinica

· Prende avvio dalla ricerca di base > es. identificazione di un nuovo bersaglio molecolare verso il quale indirizzare lo studio di farmaci contro il cancro · Verificarne l'efficacia e la sicurezza in cellule in coltura e animali di laboratorio · Non solo per farmaci, ma anche per strumenti clinici o diagnostici · Esperimenti in vitro e in vivo · L'utilizzo degli animali resta un passaggio imprescindibile anche per legge, per la messa a punto di qualunque cura > insieme di organi e sistemi, che comunicano tra loro

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Ricerca scientifica in campo clinico-medico: traslazionale

Ricerca traslazionale

· Verifica la possibilità di trasformare le scoperte scientifiche che arrivano da laboratorio in applicazioni cliniche · «from bench to bedside» · Ponte tra la scienza e la medicina · Fin dalla metà del secolo scorso esisteva uno stretto legame tra ricerca di base e medicina, ma oggi le due discipline viaggiano a velocità molto diverse. La ricerca di base è incredibilmente veloce, produce risultati a ritmi molto rapidi. I tempi per portare questi risultati al letto dei pazienti sono invece piuttosto lunghi, a salvaguardia dei pazienti stessi, grazie a norme di legge che richiedono verifiche molto accurate prima che possa essere concessa l'approvazione da parte delle autorità competenti

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Ricerca scientifica in campo clinico-medico: clinica

Ricerca clinica

· ultima fase di studio prima della richiesta di approvazione di un nuovo farmaco · sperimentazioni che coinvolgono pazienti per valutare l'efficacia di una nuova molecola o di un nuovo trattamento

PHASES OF A CLINICAL TRIAL

0 1 2 3 4 PRE-CLINICAL SAFETY SAFETY & DOSING SAFETY & EFFICACY POST-APPROVAL Lab - based research to tell if a treatment is useful and safe 10 - 80 participants to assess effect of treatment in humans 100 - 300 participants to evaluate safety & effective dose of treatment 300 - 3000 participants to confirm benefit and safety of the treatment Post-approval surveillance to evaluate long - term effects of treament

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Sperimentazione animale e modelli animali

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Sperimentazione animale

Sperimentazione animale: l'utilizzazione di animali a scopi scientifici · Ricerca traslazionale > condotta su una specie per capire il funzionamento che si può avere in un'atra specie al fine, in genere, di comprendere quali sono le patologie della specie umana. Si usano diversi modelli animali · Ricerca preclinica > verificarne l'efficacia e la sicurezza in cellule in coltura e animali di laboratorio. L'utilizzo degli animali resta un passaggio imprescindibile anche per legge, per la messa a punto di qualunque cura L'utilizzo di un modello animale implica che le informazioni derivate dalla ricerca siano esportabili in un ambito più ampio, partendo dall'assunto che somiglianze tra specie diverse portino acquisizioni di conoscenze esportabili in altre specie È difficile, e nella maggior parte dei casi semplicemente non ancora possibile, sostituire nella ricerca l'uso di animali vivi con metodi alternativi.

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Animale da laboratorio o organismo modello

Organismo vivente con un processo patologico che può essere trasmesso geneticamente, spontaneamente acquisito o indotto, che in uno o più aspetti ha stretta similitudine con uno stesso fenomeno che si verifica nell'uomo

Figure 1. Classification of various animal models.

The animals used in science can be divided into five broad types. (a) The main ones are models in which animals are induced to present a pathology similar to one that affects humans or other animals by administering drugs or other biologicals, inflicting injuries, or subjecting them to stress or other environmental conditions. In contrast, models based on spontaneous changes (b) include animals where the normal course of their life predisposes them to develop a specific disease. (c) Genetically-modified test subjects are animals with knockin or knockout genes or proteins. In contrast to using healthy animals (e), negative models (d) employ individuals that are not susceptible to certain diseases but serve to evaluate susceptibility to a specific pathology. TBI: traumatic brain injury. a. Induced disease TB b. Spontaneous changes Caenorhabditis elegans c. Genetically modified animals Mus musculus Ovis ovis Pharmacological induced Lesion induced d. Negative model Stress response Ø Sus scrofa SARS-COV-2 e. Healthy animals Behavior Macaca mulata Rattus norvegicus Stress induced Biologically induced Oryctolagus cuniculus http://dx.doi.org/ 10.3390/ani13071223

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DOXX Knockout Knockin Danio rerio

Perché utilizzare gli animali?

Gli animali sono impiegati nella ricerca quando vi sia una necessità di scoprire cosa accade nell'essere vivente nel suo insieme > molto più complesso che la somma delle sue parti Difficile e in molti casi ancora impossibile sostituire nella ricerca l'utilizzo di animali vivi con metodi alternativi

4 ragioni principali per cui gli animali sono utilizzati in ricerca

1. Far crescere la comprensione scientifica

Accrescere la conoscenza scientifica attraverso la ricerca biologica di base ci aiuta a capire come funzionano gli esseri viventi e a mettere a frutto quella comprensione a beneficio degli esseri umani e degli animali Molti processi cellulari di base sono uguali in tutti gli animali, e l'organismo degli animali è come quello degli esseri umani nel senso che loro espletano molte funzioni vitali come respirazione, digestione, movimenti, vista, udito e riproduzione Serve capire come funziona un organismo sano. Questo, a sua volta, porta ad una comprensione di ciò che succede all'organismo quando si ammala e come lo si può guarire

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Perché utilizzare gli animali: modelli per lo studio delle malattie

2. Gli animali come modelli per lo studio delle malattie

Gli esseri umani e gli animali hanno in comune centinaia di malattie, di conseguenza gli animali possono fungere da modelli per lo studio delle malattie umane (es. conigli soffrono di arteriosclerosi (indurimento delle arterie), di enfisema e difetti della nascita, come spina bifida. Dai suddetti modelli si apprende come la malattia incide sull'organismo, come risponde il sistema immunitario, chi ne sarà colpito e anche altro.

Parkin mutations PINK1 mutations DJ-1 mutations a-synuclein (A30P / A53T mutations) Impaired E3 ubiquitin ligase function Impaired translocation of Parkin to mitochondria E3 Misfolded Proteins E3 Impaired mitophagy Mitochondrial dysfunction Toxic oligomers and fibrils LRRK2 mutations Kinase activity a-synuclein acumulation Dopaminergic Cell Death Figure 2.

Genetic animal models in Parkinson disease (PD). Many genetic mouse models have been developed in order to understand PD pathogenesis and identify potential therapeutic targets. Genetic models are adjusted based on genetic mutations identified in the human disease. These genes are part of signaling pathways important for neuronal dopaminergic function. These models contribute to know mechanisms on disease onset or progression of PD or to understand the case and effect of these genetic mutations. Blesa et al. (2016) - Animal Models of Parkinson's Disease DOI: 10.5772/63328

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Oxidative Stress DE