Julkaistu numerossa 1/2014
Ex tempore

Eläinkokeettomat menetelmät tutkimuksessa ja testauksessa

[Lataa PDF]

Ihmislääkekehityksessä on tapahtumassa suuri muutos, jolla pyritään parantamaan onnistumistodennäköisyyttä korvaamalla eläinkokeet ihmissolupohjaisilla elin- ja kudosmalleilla. Muutosta edistävät viranomaiset, teollisuus ja päättäjät. Vaikutukset näissä malleissa mitataan molekyylitason muutoksina kriittisissä aineenvaihduntareiteissä.

Lääkekehityksen ei-kliinisessä vaiheessa ja kemikaalien turvallisuustestauksessa käytetään perinteisesti eläintestejä. Testaus pohjautuu tällöin eläimen eikä ihmisen biologiaan. Tämä näkyy lääkekehityksessä huonona onnistumistodennäköisyytenä. Testaustavassa onkin tapahtumassa suuri muutos. Halutaan ottaa käyttöön uusi strategia, joka pohjautuu ihmissolupohjaisten kudos- ja elinmallien käyttöön sekä vaikutusten mittaamiseen molekyylitason muutoksina kriittisissä aineenvaihduntareiteissä.

Koko ihmiseen ja usein myös yksittäiseen elimeen kohdistuvat vaikutukset saadaan selville käyttämällä useita testejä, joista saadut tiedot yhdistetään. Uutta testaustapaa edistävät viranomaiset, teollisuus ja päättäjät. Sen uskotaan tulevaisuudessa parantavan lääkekehityksen onnistumistodennäköisyyttä, alentavan kustannuksia sekä lisäävän yleistä kemikaaliturvallisuutta.

EU:ssa pyritään eläinkokeettomiin menetelmiin ja eläinten käytön vähentämiseen myös eettisistä syistä. Vuoden 2013 alussa astui maassamme voimaan koe-eläinlaki, joka on EU:n uuden koe-eläindirektiivin (2010/63) mukainen.

Hiiriä ja ihmisiä

Käytännössä kaikki lääkkeet toimivat molekyylitasolla, ja niiden vaikutukset välittyvät geneettisesti säädeltyjen mekanismien avulla. Koe-eläimillä tehdyt tutkimukset sisältävät epävarmuustekijän, mikä johtuu ihmisen ja koe-eläinten välisistä lajieroavuuksista.

Alati kasvavasta hiiritautimallien käytöstä huolimatta suurin yksittäinen syy lääkekehittelyn epäonnistumisiin on lääkkeen tehon puuttuminen kliinisessä vaiheessa (56 %). Syynä voi olla se, että kriittiset molekulaariset reitit geenien ilmentymisessä ovat erilaiset ihmisessä ja hiiressä. Tämä todettiin akuutin tulehduksen hiiritautimallien tapauksessa syyksi siihen, että ei-kliinisen vaiheen läpäisseet lääkkeet eivät toimineet kliinisissä kokeissa.

Erittäin merkittävä syy lääkekehittelyn epäonnistumisiin on myös lääkkeen toksisuus (28 %). On arvioitu, että eläinkokeet ennustavat haitallisia vaikutuksia ihmisessä vain 5–25 %:n varmuudella.

Eläinkokeita korvaamaan tarvitaan siis ihmistä paremmin mallintavia ihmissolupohjaisia testimenetelmiä. Eläinkokeettomat testit voidaan automatisoida, jolloin ne ovat huomattavasti nopeampia suorittaa ja halvempia kuin eläinkokeet. Lääketeollisuus voisi onnistua paremmin kehitystyössään, mikäli jo lääkkeen keksimisvaiheessa otettaisiin käyttöön useiden testien yhdistelmiä, jotka auttaisivat löytämään parhaat lääkekandidaatit jatkokehitykseen.

Eläinkokeettomat menetelmät tuovat tullessaan uuden testausstrategian

Aikaisemmin eläinkokeettomat in vitro -menetelmät pohjautuivat yksinkertaisiin soluviljelmiin. Nykyään kehitetään kudos- ja elinmalleja, joissa käytetään pääosin kantasoluista johdettuja soluja, biomateriaaleja ja elektroniikkaa sekä sovelletaan uusinta kudosteknologiaa. Eläinkokeettomissa menetelmissä mitataan vaikutuksia molekyylitasolla toisin kuin useimmissa eläinkokeissa, joissa taas vaikutusta arvioidaan yleensä kudoksen patologisista muutoksista.

Taloudellisen yhteistyön ja kehityksen järjestö OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development) on julkaissut ohjeistoissaan uuden testausstrategian vauhdittamaan eläinkokeettomien menetelmien kehittämistä ja käyttöönottoa (kuva 1). Toksisuuden arviointi pohjautuu muutoksiin kriittisissä haittavaikutusreiteissä (adverse outcome pathway, AOP).

Tietyn vaikutuksen arviointiin tarvitaan tyypillisesti useita testejä. Kun yhdistetään eri testeistä saatu tieto, saadaan selville kokonaisvaikutus molekyyli-, solu-, kudos- ja elintasolla. Tämän perusteella arvioidaan lääkkeen toksinen riski. Esimerkkinä tällaisesta testipatterista on ihoherkistävyyden arviointi (kuva 2). Lisäksi kehitteillä on lähes 20 muuta AOP:tä.

Eläinkokeettomia testejä on kehitteillä myös lääkkeiden tehotutkimuksiin. Tavoitteena on näin parantaa lääkekehityksen onnistumistodennäköisyyttä.

Haittavaikutusreitit (adverse outcome pathway, AOP).

Ihoherkistävyyden testausmalli, jossa haitalliset muutokset mitataan vaikutusreitin (AOP) kriittisistä kohdista.

Viranomaisten hyväksymät eläinkokeettomat menetelmät

Taulukossa 1 on esitetty tällä hetkellä OECD-ohjeistoissa olevat eläinkokeettomat testit. Suurin osa tarvittavista eläinkokeita korvaavista menetelmistä puuttuu. Kehitteillä on monia testejä, joita voidaan käyttää seulontatesteinä (high throughput -testit) ja mekanismitutkimuksissa heti kun on osoitettu, että ne ovat luotettavia ja mallintavat ihmistä. OECD-tason hyväksyntä edellyttää viranomaisten koordinoimaa validointia.

Maksa- ja sydäntoksisuus ovat useimmiten olleet pääsyitä siihen, että lääke on jouduttu vetämään pois kehityksestä tai markkinoilta. Viime aikoina ihmisen kantasoluista on voitu kehittää toimivia maksasoluja.

FICAMissa on kehitetty ja validoitu verisuonimalli, jota voidaan soveltaa lääketutkimukseen ja toksikologiseen tutkimukseen. Mallilla määritetään, onko tutkittavalla lääkemolekyylillä verisuonten muodostusta lisäävä tai sitä estävä vaikutus. Testi on erittäin lupaava, kun tutkitaan esimerkiksi syöpälääkkeiden kykyä estää verisuonimuodostusta. Jatkokehitettyä testiä on suunniteltu myös osaksi testipatteria, jolla arvioidaan lääkkeiden teratogeenistä eli sikiötä vaurioittavaa vaikutusta. Tunnetun teratogeenin, talidomidin, vaikutusmekanismi perustunee juuri sen kykyyn estää verisuonien kasvua.

OECD:n ohjeistoihin hyväksyttyjä eläinkokeettomia kemikaalien turvallisuustestejä (OECD Guidelines for Testing Chemicals, www.oecd.org).

Tuula Heinonen

Tuula Heinonen

Dosentti, ERT (European Registered Toxicologist)
Johtaja, FICAM, Tampereen yliopisto

Hanna Tähti

Hanna Tähti

Professori (emerita), ERT
FICAM, Tampereen yliopisto