Esistono metodi alternativi all'uso degli animali di laboratorio nella ricerca scientifica?

• La complessità dell'organismo umanoè difficile da simulare o riprodurre. Per questo al momento pochissimi metodi alternativi in vitro (con cellule isolate) o in silico (con il computer) sono riusciti a sostituire la sperimentazione animale.
• La ricerca di metodi alternativiall'uso di animali procede su due filoni principali: la ricostruzione di organi in laboratorio a partire da cellule isolate e l'uso dei computer. Al momento, però, non sono abbastanza efficienti da permettere di abbandonare sempre e del tutto il passaggio nell'organismo vivente.
• Nel campo degli studi di tossicitàsono stati fatti grandi passi avanti per ridurre il numero di animali coinvolti nella sperimentazione. Ciò è stato possibile grazie a database con i quali i ricercatori analizzano la potenziale tossicità di una nuova sostanza sulla base delle sue caratteristiche chimico-fisiche e su tutti gli studi di tossicità già effettuati, per evitare di doverli ripetere.
• In futuroi ricercatori sperano di poter disporre di software capaci di mimare il meccanismo d'azione di una sostanza nell'organismo umano, per ampliare ulteriormente le possibilità dei metodi alternativi.

Chi si oppone all'uso degli animali nella ricerca medica e scientifica, in particolare in Italia, sostiene che esistano metodi alternativi in grado di dare risultati altrettanto affidabili. Ma è davvero così? In realtà, nella maggioranza dei casi, i metodi allo studio per sostituire gli animali nella sperimentazione scientifica andrebbero considerati complementari più che alternativi  secondo lo European Union Reference Laboratory for Alternatives to Animal Testing (EURL-ECVAM), il centro europeo con sede a Ispra che deve verificare lo stato dell'arte della effettiva validità dei metodi alternativi alla sperimentazione animale.

Una ricerca condotta con un organismo intero, come è l'animale, fornisce risultati che possono essere estesi agli esseri umani con un discreto margine di sicurezza, cosa che pochissimi metodi alternativi consentono di fare. Per poter sostituire gli animali, bisogna infatti che i nuovi metodi siano altrettanto affidabili e, al momento, sono veramente pochi quelli che forniscono tali garanzie. Ciononostante vi sono alcuni filoni di studio importanti che già oggi consentono di limitare il numero di animali usati nella ricerca e altri che, in futuro, potranno sostituire gli animali in alcune delle tappe del processo. Gli esperti restano però scettici sulla possibilità di sostituire sempre e del tutto la sperimentazione animale con i metodi alternativi, perché è difficile ricreare in laboratorio la complessità di un organismo intero con tutte le sue interazioni.

Contrariamente a quanto pensano molti oppositori della ricerca animale, sono i ricercatori stessi e persino le industrie a spingere per fare ricerca in questo settore. A nessuno piace fare ricerca con gli animali sia per ragioni etiche sia per una questione di costi (piuttosto elevati). Al momento però sono pochissimi i sistemi sostitutivi approvati, alcuni dei quali sono elencati in una apposita tabella pubblicata sul sito del Centro Referenza Nazionale Metodi Alternativi, Benessere e Cura degli Animali, presso l'Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Lombardia e dell'Emilia Romagna. Si tratta, nella quasi totalità dei casi, di sistemi alternativi alla sperimentazione animale per valutare l'irritazione cutanea e oculare delle sostanze, ovvero utili soprattutto nel campo della cosmetica più che della ricerca medica.

Non è un caso che si tratti dell'aspetto più semplice della tossicologia, ovvero dei possibili effetti sulla pelle o sugli occhi, che dipendono in gran parte dalla struttura chimico-fisica dei prodotti, fattori molto noti ai ricercatori anche prima di cominciare i test. Non appena gli esperti si trovano a studiare gli effetti di una sostanza in situazioni più complicate, devono tornare a usare gli animali.

Sempre nel campo della tossicità (uno degli ambiti in cui gli animali sono più utilizzati), l'Unione Europea ha stabilito, con una normativa chiamata REACH, l'istituzione di una banca dati in cui tutte le industrie sono tenute a depositare i protocolli e i risultati di tutte le sperimentazioni effettuate con gli animali per una determinata sostanza. In questo modo si è scoperto che alcune sostanze sono state testate più e più volte solo perché un'industria non era a conoscenza del fatto che un'altra aveva già condotto la stessa sperimentazione.

Grazie alla banca dati, ora chiunque può sapere se l'analisi di tossicità di un composto è già stata effettuata e con quale esito. È possibile anche sapere se qualcuno ha condotto studi specifici, per esempio nel campo della cancerogenicità, e mettere insieme le informazioni provenienti da fonti diverse, evitando di ripetere esperimenti già fatti. 

Con le nuove normative europee in materia di sperimentazione animale sono stati decisi anche finanziamenti italiani specifici per la ricerca dei cosiddetti metodi alternativi. Al momento si contano investimenti per circa mezzo miliardo di euro per il triennio 2014-2016, che però stanno dando risultati meno brillanti di quelli attesi proprio per un problema di fondo che appare al momento insormontabile: quello della complessità dell'organismo nel suo insieme. Secondo l'ECVAM, non più del 20 per cento delle sperimentazioni con animali è sostituibile con metodi alternativi e con un sufficiente margine di sicurezza.

Significa che i suoi risultati devono essere attendibili almeno quanto quelli del sistema di riferimento, che rimane la sperimentazione nell'animale.

Secondo i dati raccolti recentemente dal database internazionale REACH per raggruppare tutti gli studi relativi alla tossicità di una singola sostanza, l'attendibilità della sperimentazione animale si aggira intono all'85-90 per cento. Ciò significa che, su dieci esperimenti eseguiti con animali, nove daranno risultati attendibili.

Può sembrare poco, ma in realtà è un livello di attendibilità molto alto in medicina, dove si deve tener conto del fatto che gli organismi viventi non sono mai perfettamente uguali tra loro. Proprio per via di questa variabilità, che impedisce di raggiungere un risultato sempre certo al 100 per cento, i metodi cosiddetti alternativi forniscono risultati ancora meno attendibili perché nessuno è riuscito a creare modelli artificiali di un organismo che siano al tempo stesso complessi e flessibili, come sono gli esseri viventi. E infatti, benché diversi modelli sperimentali siano stati pubblicati su riviste scientifiche, sono pochissimi quelli che hanno passato l'esame di validazione, cioè sono stati effettivamente autorizzati nella pratica.

Gli scienziati, nel tentativo di trovare delle alternative agli animali nella ricerca, si muovono principalmente su due grandi filoni di studio.

Il primo prevede la creazione di organi artificiali (i cosiddetti organoidi) che, sebbene non abbiano la complessità dell'organismo completo, sono comunque utili per capire gli effetti di una sostanza sull'eventuale organo bersaglio. Per esempio, se uno scienziato vuole capire gli effetti di un farmaco sul cervello, non può limitarsi a studiare la sostanza in un singolo strato di neuroni isolati (in vitro), perché nel cervello ci sono anche altre cellule e altri tessuti, oltre a quello nervoso in senso stretto. Inoltre i diversi tipi di cellule dialogano tra loro e il farmaco potrebbe interferire con questo processo. Un test in vitro non sarebbe mai in grado di scoprirlo.

Nel 2013 è stata pubblicata sulla rivista Nature una tecnica per produrre minuscole sfere di tessuto che contengono tutti gli elementi cellulari del cervello. Questi "mini cervelli" sono già utilizzati in sperimentazione e sono utili soprattutto perché permettono di testare una sostanza su un gran numero di campioni (evitando di dover ricorrere a molti esemplari di animali di laboratorio). I "mini cervelli", tuttavia, non sono abbastanza sicuri e precisi da poter essere usati in tutte le ricerche per le quali è invece necessario studiare un cervello in un organismo intero.

Il secondo filone di studio riguarda i cosiddetti modelli "in silico", cioè modelli computerizzati di processi metabolicio banche dati di sostanze chimiche che possono dare informazioni preliminari sulla tossicità di una sostanza. Per ora questi sistemi sono utilissimi per classificare le sostanze in probabilmente innocue o probabilmente tossiche sulla base delle loro caratteristiche chimiche e fisiche. Questo permette di ridurre il numero di animali coinvolti nello studio di un nuovo farmaco, ma certo non basta per eliminarli del tutto.

Nonostante ciò, i computer offrono qualche vantaggio rispetto agli animali: per esempio, sono in grado di "imparare" da precedenti risultati e utilizzare i risultati scientifici per migliorare le loro capacità predittive su nuove sostanze. Un altro vantaggio è quello temporale: i computer analizzano molte sostanze in poco tempo. Ma talvolta danno risultati che non permettono di decidere: se per esempio una sostanza risulta tossica nella metà dei casi non può essere studiata con il computer perché sarebbe classificata come tossica, anche se nella realtà può essere innocua in un caso sue due. Il computer non permette di capire come mai in un caso è tossica e nell'altro no: bisogna tornare in laboratorio e fare esperimenti, per capire la ragione di una così grande discrepanza.

I ricercatori stanno valutando anche una nuova strategia: invece di costruire programmi che selezionano le sostanze sulla base delle caratteristiche chimico-fisiche, cercano di lavorare su software che mimano possibili meccanismi d'azione. È un passo avanti nella ricostruzione virtuale della complessità di un organismo vivente, ma è ancora ben lontano dal risultato necessario.