Eläimet
tieteen valjaissa
Matti Viluksela
Kansanterveyslaitos,Ympäristölääketieteen osasto,
Kuopio
Seppo Ylä-Herttuala
Kuopion Yliopisto, A.I. Virtanen -Instituutti
Eläinkokeet ja niiden vaihtoehdot
Biologisen perustutkimuksen ja sen sovellutusten parissa toimivan tiedeyhteisön
päämääränä on elämän perusilmiöiden
ymmärtäminen ja näin saadun tiedon hyödyntäminen
mm. ihmisen ja eläinten terveyden ja hyvinvoinnin edistämiseen
ja ympäristön suojeluun. Näiden päämäärien
saavuttamiseen tiedeyhteisö pyrkii käyttämällä
parhaita mahdollisia tieteellisiä tutkimusmenetelmiä, jotka tiedon
ja osaamisen karttuessa jatkuvasti kehittyvät. Biologista tutkimusta
on vaikea kuvitella ilman elävien solujen ja eläinten käyttöä.
Eläinten hyväksikäyttö niin tieteelliseen tutkimukseen
kuin muihinkin tarkoituksiin perustuu Euroopan neuvoston jäsenvaltioiden
allekirjoittamaan yleissopimukseen, jossa mm. määritellään
eläinkokeiden tarpeellisuuden arviointiperusteet. Yhteiskuntamme on
siis hyväksynyt tarpeellisiksi arvioidut eläinkokeet, mutta asettanut
niille muuhun eläinten hyödyntämiseen verrattuna varsin
tiukat rajoitukset (ks. Tapani Parviainen, Natura 36:12-15, 1999; Jouko
Tuomisto, Natura 36:4-8, 1999). Tiedeyhteisö huolehtii omalta osaltaan
määräysten noudattamisesta ja siitä, että sen
käyttämät tutkimusmenetelmät ja muu toiminta kestävät
sekä tieteellisen että eettisen kritiikin.
Uusien tutkimusmallien ja parempien menetelmien kehittäminen kuluu
olennaisesti tieteelliseen tutkimukseen. Niiden avulla pyritään
ensisijaisesti ratkaisemaan tieteellisiä ongelmia, mutta myös
korvaamaan koe-eläinten hyvinvoinnin kannalta ongelmallisia menetelmiä
paremmilla. Siten menetelmät, joissa käytetään esim.
soluviljelmiä elävien eläinten sijaan on usein suunniteltu
täydentämään ja syventämään eläinkokeista
saatua tietoa. Tällaisia menetelmiä kehitetään myös
korvaamaan tiettyjä eläinkokeita, mutta niitä on myös
yleisesti esitetty jopa kaikkien eläinkokeiden vaihtoehdoiksi. Usein
kuultu väite on, että eläinkokeet ovat tarpeettomia, koska
sama tulos voidaan saada paljon helpommin ja luotettavammin käyttämällä
vaihtoehtomenetelmiä epäluotettavien ja kalliiden eläinkokeiden
asemesta. Onko eläinkokeille siis mahdollista löytää
vaihtoehtoja? Mitä ovat vaihtoehtomenetelmät, millaisia eläinkokeita
niillä voidaan korvata ja millaisia eläinkokeita niillä
ei voida korvata?
--------------------------------------------------------------------------------
Eläinkokeita kehitetään ja niille etsitään
vaihtoehtoja
Pääosa nykyisistä eläinkokeista on sellaisia, joissa
eläimille tehtävät toimenpiteet eivät aiheuta niille
merkittävää stressiä tai epämukavuutta (ks. Jouko
Tuomisto, Natura 36:4-8, 1999; Hannu Komulainen, Natura 36:16-19, 1999).
Tiedeyhteisössä vallitsee varsin suuri yksimielisyys siitä,
että tuskalliset eläinkokeet tulee rajoittaa vain täysin
välttämättömiin kokeisiin, joille ei ole olemassa muita
vaihtoehtoja. Toisin sanoen, eläinten hyvinvointi on itseisarvo eläimiä
käyttävälle tutkijalle. Niinpä ei ole yllättävää,
että myös valveutuneet tutkijat ovat esittäneet vaatimuksia
eläinkokeiden ja niitä korvaavien vaihtoehtomenetelmien käyttöönotosta.
Jo vuonna 1959 brittitutkijat Russell ja Burch esittivät kirjassaan
“The Principles of Humane Experimental Technique“ ns. 3R:n periaatteen
(3R: reduce, refine, replace). Tästä periaatteesta on sittemmin
tullut EU:n eläinkokeita koskevan lainsäädännön
kulmakivi. Lain (direktiivi 86/609/EEC) mukaan eläinkoetta ei saa
tehdä, jos vastaavantasoisen tiedon saamiseksi on kohtuudella saatavissa
jokin muu tieteellisesti hyväksyttävä menetelmä. Edelleen,
EU:n ja sen jäsenvaltioiden tulee edistää tutkimusta, jonka
avulla kokeisiin käytettävien eläinten määrää
sekä eläinten kokemaa kipua tai epämukavuutta voidaan vähentää
(reduce, refine) tai eläinten käyttöä voidaan korvata
muilla menetelmillä (replace). Vaihtoehtomenetelmät ovat siten
osa 3R:n periaatetta, mutta yhtälailla tärkeää on eläinkokeiden
kehittäminen 3R:n hengessä, ja siten että kokeista saadaan
mahdollisimman käyttökelpoista ja tutkimuksen päämääriä
parhaiten edistävää tietoa.
--------------------------------------------------------------------------------
Mitä vaihtoehtomenetelmät ovat ja mitä niillä voidaan
korvata?
Eläinkokeita korvaavina vaihtoehtomenetelminä mainitaan yleensä
tietokoneohjelmat, matemaattiset mallit sekä solu- ja kudosviljelmät.
Lisäksi vaihtoehtomenetelmien piiriin sisällytetään
toisinaan fylogeneettisesti nisäkkäitä varhaisempien lajien
käyttö sekä yksilönkehityksen varhaisempien kehitysvaiheiden
käyttö. Tietokoneohjelmat ja matemaattiset mallit soveltuvat
lähinnä olemassaolevan tiedon tehokkaaseen hyödyntämiseen.
Niiden avulla ei tietenkään pystytä simuloimaan elävän
elimistön reaktioita niin kattavasti ja luotettavasti, että eläinkokeet
kävisivät tarpeettomiksi (vrt. sääennusteet!). Sen
sijaan niillä voidaan ennustaa esim. uusien kemikaalijohdosten vaikutuksia
ja vaiheita elimistössä ja siten kohdistaa tarvittaavat eläinkokeet
tärkeimpiin johdoksiin. Tällä tavoin olemassaolevaa tietoa
tehokkaasti hyödyntäen voidaan kokeisiin käytettävien
eläinten määrää vähentää.
Soluviljelymenetelmissä käytetään eläimistä
tai ihmisistä otettuja ns. primäärisoluja, jotka elävät
soluviljelyolosuhteissa vain lyhyen aikaa ja immortalisoituja tai pahanlaatuisista
kasvaimista peräisin olevia solulinjoja, jotka voivat lisääntyä
soluviljelmissä jopa vuosikausia. Soluviljelmien käytöllä
on sekä etuja että rajoituksia elävien eläinten käyttöön
verratattuna. Niiden avulla pystytään tutkimaan asioita, joita
on vaikeaa tai mahdotonta tutkia kokonaisessa eläimessä, mutta
moni keskeinen asia jäisi selvittämättä, jos käytössä
olisi vain elimistöstä erillään toimiva solu tai kudos.
Soluviljelmien avulla voidaan tutkia erilaisten solujen reaktioita tarkoin
kontrolloiduissa olosuhteissa. Solujen vasteita voidaan yleensä mitata
helposti ja tarkasti, ja lyhyessä ajassa voidaan tehdä suuri
määrä tutkimuksia, esim. testata monien eri kemikaalien
solutoksisuutta tai mutageenisuutta. Soluviljelmien ylläpito on myös
halvempaa verrattuna kalliita erikoistiloja vaativien koe-eläinten
ylläpitoon. Toisaalta viljelmissä solut elävät normaalista
kasvuympäristöstään poikkeavissa olosuhteissa, elimistön
säätelyjärjestelmien ja adaptiivisten vasteiden ulottumattomissa,
ja usein ilman eri solujen ja solutyyppien keskinäistä vuorovaikutusta.
Niinpä esim. keskushermoston, verenkiertoelimistön ja hormonitoiminnan
kokonaisuuksien tutkiminen solu- tai kudosviljelmissä ei ole mahdollista.
Tunnettu supermyrkky TCDD (2,3,7,8-tetraklooridibentso-p-dioksiini) on
kuvaava esimerkki kemikaalista, joka solutoksisuutta mittaavassa testissä
on hämmästyttävän vähän toksinen. Eläinkokeiden
perusteella se on kuitenkin luokiteltu toksisimmaksi ihmisen syntetisoimaksi
kemikaaliksi, joka erittäin pieninä annoksina aiheuttaa mm. hormonitoiminnan,
hiilihydraatti- ja lipidiaineenvaihdunnan ja keskushermoston toiminnan
häiriöitä, syöpää sekä erilaisia kehityshäiriöitä.
Vastaavanlaisia muutoksia on havaittu myös kemikaalionnettomuuksissa
dioksiineille altistuneissa ihmisissä.
Soluviljemät ovat osoittautuneet varsin käyttökelpoisiksi
mm. eläinkokeista saadun tiedon täydentämiseen, elimistön
toiminnan yksityiskohtien tutkimiseen sekä monien lääkeaineiden
ja muiden kemikaalien vaikutusmekanismien selvittämiseen. Lisäksi
yksinkertaisten solutoksisuustestien avulla voidaan helposti seuloa suuri
määrä uusia lääkeainekandidaatteja tai muita kemikaaleja,
ja valita niistä ainoastaan sopivimmat koe-eläimillä tehtäviin
jatkotutkimuksiin. Koe-eläintutkimusten välttämättömyydestä
lääkekehittelyssä on hyvänä esimerkkinä 50-luvun
lopulla ollut talidomidi-katastrofi, jonka seurauksena syntyi eri puolilla
maailmaa tuhansittain vaikeasti vammautuneita lapsia. Talidomidilääkkeen
toksiset vaikutukset oli testattu ainoastaan eläinlajilla, jossa lääke
ei käytetyissä olosuhteissa aiheuttanut epämuodostumia.
Koska eri eläinlajien aineenvaihdunnassa on eroja, tulee ennen ihmiskokeiden
aloittamista uudet lääkevalmisteet testata vähintään
kahdessa, toisistaan riittävästi poikkeavassa nisäkäslajissa.
Muussa tapauksessa vastaavanlaisia yllätyslöydöksiä
tulee vääjäämättä tapahtumaan uusien lääkkeiden
kehitystyön yhteydessä.
Bakteeri- ja soluviljelmät ovat jo muutamia vuosikymmeniä
kuuluneet olennaisena osana kemikaalien genotoksisuuden ja karsinogeenisuuden
tutkimiseen. Amesin testinä tunnetun mutageenisuustestin kehittäminen
1970-luvulla mahdollisti suuren kemikaalimäärän mutageenisuuden
testaamisen lyhyessä ajassa bakteeriviljelmien avulla. Tulosten tulkinta
osoittautui kuitenkin ongelmalliseksi: pitäisikö testissä
mutageenisiksi todetut, mutta pitkään käytössä
olleet ja turvallisina pidetyt kemikaalit luokitella karsinogeeneiksi ja
poistaa käytöstä? Ongelman ratkaisemiseksi tarvittiinkin
lisää eläinkokeita! Piti selvittää ovatko kaikki
bakteeritestissä mutageeniset kemikaalit myös syöpää
aiheuttavia. Varsin pian selvisi, ettei syöpäriskiä voida
arvioida pelkästään bakteerimutageenisuustestin perusteella,
vaan siihen tarvitaan useita erityyppisiä tutkimuksia. Nykyisin kemikaalien
perimään kohdistuvien toksisten vaikutusten ja karsinogeenisuuden
selvittämiseksi tehdään mm. bakteeri- ja nisäkässolumutagenisuustestejä
sekä viljellyillä eläin- tai ihmissoluilla tehtäviä
kromosomiaberraatioanalyysejä ja sisarkromatidivaihdostestejä.
Näitä in vitro –kokeita täydennetään muutamilla
in vivo -kokeilla, mm. hiirillä tehtävillä lyhytaikaisilla
mikrotumatesteillä sekä hiirillä ja rotilla suoritettavilla
pitkäaikaisilla karsinogeenisuuskokeilla. Tutkittavan kemikaalin mahdollinen
syöpäriski arvioidaan sitten kaikkien käytettävissä
olevien tutkimustulosten perusteella.
--------------------------------------------------------------------------------
Uusia vaihtoehtomenetelmiä
Vaihtoehtomenetelmien järjestelmällinen kehitystyö on
viime vuosina tuottanut tulosta ja tehnyt mahdolliseksi muutamien eläinkoetyyppien
korvaamisen menetelmillä, joissa ei käytetä eläviä
eläimiä. ECVAM (European Centre for the Validation of Alternative
Methods), joka vastaa 3R:n periaatteiden toteuttamisesta EU:ssa, koordinoi
vaihtoehtomenetelmien kehittämistä ja validointia sekä pyrkii
edistämään niiden kansainvälistä hyväksymistä.
Validointi on kallis ja työläs prosessi, jossa varmistetaan,
että menetelmä toimii toistettavasti eri laboratorioissa ja antaa
luotettavia tuloksia. Validoidulle menetelmälle voidaan hakea viranomaisten
hyväksyntää eläinkoetta korvaavaksi menetelmäksi.
Uusia vaihtoehtomenetelmiä on kehitetty lähinnä monoklonaalisten
vasta-aineiden tuottoon, rokotteiden testaamiseen ja laadunvalvontaan sekä
valotoksisuuden ja ihosyövyttävyyden testaamiseen. Monoklonaalisia
vasta-aineita on aikaisemmin tuotettu elävän hiiren vatsaontelossa
ns. ascites-menetelmää käyttäen. Tätä menetelmää
pidetään yhtenä tuskallisimmista käytössä
olevista eläinkoemenetelmistä, joten sen korvaaminen vaihtoehtomenetelmällä
oli erittäin perusteltua. ECVAM:n koordinoiman selvityksen perusteella
monoklonaalisten vasta-aineiden tuottamiseen on nyt olemassa käyttökelpoisia
ja tieteellisesti hyväksyttäviä in vitro -menetelmiä,
jotka ovat tuotettujen vasta-aineiden laadun suhteen joko parempia tai
yhtä hyviä kuin ascites-menetelmä. Tästä syystä
EU:n lainsäädännön perusteella ascites-menetelmän
käyttöä ei pidetä enää hyväksyttävänä
(eräitä poikkeustapauksia lukuunottamatta).
Äskettäin validoidut toksisuustestit, in vitro -valotoksisuustesti
ja in vitro -ihosyövyttävyystesti (kaksi eri menetelmää),
ovat periaatteeltaan varsin yksinkertaisia testejä. Ne on kehitetty
korvaamaan yksinkertaisia, lähinnä epäspesifistä paikallista
solutoksisuutta mittaavia in vivo -testejä, jotka on tähän
asti tehty kanin tai marsun iholla osana viranomaisten kemikaaleilta vaatimia
toksisuustutkimuksia. Niille haetaan parhaillaan viranomaisten hyväksyntää
eläinkokeita korvaavina menetelminä. In vitro -valotoksisuustestissä
käytetään hiiren fibroblastisolulinjaa, ja valotoksisuuden
mittarina on tutkittavan kemikaalin aiheuttama solutoksisuuden lisääntyminen
UV-valon vaikutuksesta. Hyväksytyistä ihosyövyttävyyden
in vitro -tutkimusmenetelmistä TER-testissä (the rat skin transcutaneous
electrical resistance assay) mitataan tutkittavan kemikaalin kykyä
vähentää lopetetusta rotasta otetun ihopalan sähköistä
vastusta kudosviljelyolosuhteissa. Toisessa hyväksytyssä ihosyövyttävyystestissä
tutkitaan kemikaalin aiheuttamaa solutoksisuutta soluviljelyolosuhteissa
ylläpidetyssä rekonstruoidussa ihmisen ihossa, jota on kaupallisesti
saatavana.
--------------------------------------------------------------------------------
Molekyylibiologian ja genomiprojektin vaikutus eläinkokeisiin
Koko ihmisen genomi tullaan kartoittamaan vuoteen 2002-2003 mennessä.
Samanaikaisesti etenee useiden eri eläinlajien genomikartoitus. Tutkimustyön
valmistuttua täsmäkokeiden suoritusedellytykset sekä soluviljelmissä
että koe-eläimissä paranevat oleellisesti, sillä geenijärjestyksen
tuntemus auttaa kohdentamaan kokeet tarkkaan haluttuun kohteeseen. Molekyylibiologisten
menetelmien avulla soluviljelykokeet voidaan myös kohdentaa erittäin
tarkasti tutkittaviin geeni-, entsyymi- ja proteiinijärjestelmiin,
mikä vähentää tavanomaisten eläinkokeiden tarvetta.
On kuitenkin oletettavaa, että genomiprojektin valmistuttua uusien,
tuntemattomien geenien selvitystyön yhteydessä tarkkaan harkittujen
siirto- ja poistogeenisten eläinkokeiden suoritustarve kasvaa. Toisaalta
on luultavaa, että menetelmien vaikeuden vuoksi koe-eläintoiminta
tulee entisestään keskittymään yhä harvempiin,
mutta menetelmällisiltä ja eläinlääketieteellisiltä
valmiuksiltaan entistä korkeatasoisempiin koe-eläinkeskuksiin,
joissa voidaan paremmin huomioida koe-eläinten hyvinvointi ja samalla
rajoittaa tarpeettomien eläinkokeiden suorittamista. Molekyylibiologia
mahdollistaa myös alempien eläinlajien käytön
eläinten ja ihmisten sairauksien tutkimisen (esim. nivelmato, seeprakala)
niissä tapauksissa, joissa kyseisten geenien rakenne- ja säätelyominaisuudet
vastaavat ihmisen tai eläinten geenejä.
Lääketieteen kehityksen kannalta genomin rakenteen selviäminen
tulee pitkällä tähtäimellä huomattavasti parantamaan
ja tehostamaan erilaisten sairauksien tutkimusta ja hoitoa. Esimerkiksi
uusien leikkaus- ja elimistöön suoraan tehtävien invasiivisten
hoitomenetelmien testaaminen on mahdotonta ilman asianmukaisia eläinkokeita.
Myös kehittymässä olevat aivan uudet hoitomenetelmät
(esim. geeniterapia) vaativat välivaiheena hoidon tehon testauksen
koe-eläinmalleissa, sillä soluviljelmissä kehitettyjen hoitomenetelmien
suora soveltaminen ihmisen sairauksien hoitoon ei voi tulla kysymykseen.
--------------------------------------------------------------------------------
Johtopäätökset
Tutkimusmenetelmiä, joissa ei käytetä eläviä
eläimiä, on kehitetty sekä tutkimuksen työkaluiksi
vastaamaan sellaisiin kysymyksiin, joihin ei eläinkokeiden avulla
saada vastausta, että korvaamaan kokonaan tiettyjä eläinkokeita.
Menetelmiä kehittämällä on kuitenkin pystytty lisäämään
kokeiden hyötysuhdetta ja edistämään 3R:n periaatetta.
Vaihtoehtomenetelmät auttavat eläinkokeiden kohdentamisessa -
eläinkokeiden määrää voidaan siis vähentää
käyttämällä hyväksi vaihtoehtomenetelmillä
saatuja tuloksia. Vaihtoehtomenetelmillä on myös onnistuttu korvaamaan
tuskallisia eläinkokeita, kuten monoklonaalisten vasta-aineiden tuotto
ascites-menetelmällä. Lisäksi on onnistuttu kehittämään
muutamia toimivia vaihtoehtoja sellaisille lyhytaikaisille toksisuuskokeille,
joissa tutkitaan epäspesifistä paikallistoksisuutta. Useita vastaavanlaisia
menetelmiä on parhaillaan validointiprosessin loppuvaiheessa.
On selvää, että kaikkia eläinkokeita ei koskaan
pystytä korvaamaan vaihtoehtomenetelmillä, vaan in vitro ja in
vivo –kokeet ensisijaisesti täydentävät toisiaan. Tarkkaan
harkitut, huolellisesti suoritetut eläinkokeet kuuluvat esim. toksikologiaan
ja lääkekehitykseen välttämättöminä,
ihmisen ja ympäristön hyvinvointia turvaavina menetelminä.
Eläinkokeisiin tulee aina suhtautua kriittisesti ja eläinten
hyvinvointia kunnioittaen, mutta hyvin perusteltuja, välttämättömiä
eläinkokeita ei tule pelätä.
--------------------------------------------------------------------------------
Artikkeli on julkaistu Naturassa 2/2000, ja uudelleen julkaisuun on
lehden hyväksyminen.
Takaisin
Eläimet tieteen valjaissa-sivulle
TN 1.3.2006