Hayvan deneyi modelleri ve yeni metodojiler

Bilim çipte organlar, organoidler ve yapay zekâya yaslanıyor

• Etik ve hayvan refahı kaygıları, uzun zamandır araştırmalarda hayvan kullanımını sınırlama çabalarını besliyordu; şimdi alternatif bilimsel yöntemlerdeki hızlı ilerlemeler bu kaymayı hızlandırıyor.

Diana Kwon* -Çeviri: Yeni Özgür Politika

Geçen Kasım ayında Birleşik Krallık hükümeti, araştırmanın bazı alanlarında hayvan testlerini aşamalı olarak sonlandırmaya dönük iddialı bir plan açıkladı. Deri tahrişi için hayvan testlerinin bu yıl kaldırılması, köpekler üzerinde yürütülen bazı çalışmaların ise 2030’a kadar ciddi biçimde azaltılması hedefleniyor. Politika metni, uzun vadeli vizyonu “istisnai durumlar dışında bilimde hayvan kullanımının ortadan kaldırıldığı bir dünya” olarak tarif ediyor.

Benzer adımlar başka ülkelerde de gündemde. Geçen Nisan’da ABD Gıda ve İlaç Dairesi (Food and Drug Administration- FDA), ilaç güvenliği ve toksisite testlerinde 3–5 yıl içinde hayvan çalışmalarını “kural değil istisna” hâline getirmeyi planladığını duyurdu. Aynı ay ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri (National Institutes of Health- NIH), fonladığı araştırmalarda hayvan kullanımını azaltmaya dönük bir girişimi açıkladı. Bu yıl Avrupa Komisyonu’nun, kimyasal güvenlik değerlendirmelerinde hayvan testlerini bitirmeye dönük bir yol haritası yayımlaması planlanıyor.

Araştırmada yeni yaklaşım metodolojileri

Etik ve hayvan refahı kaygıları, uzun zamandır araştırmalarda hayvan kullanımını sınırlama çabalarını besliyordu; şimdi alternatif bilimsel yöntemlerdeki hızlı ilerlemeler bu kaymayı hızlandırıyor. “Yeni yaklaşım metodolojileri” (new approach methodologies- NAM’ler) arasında “çipte organ” (organs-on-chips) denilen aygıtlar, “organoid” adı verilen 3 boyutlu doku kültürleri ve yapay zekâ sistemleri gibi hesaplamalı modeller bulunuyor. Hayvan deneylerinin ikame edilmesini savunan Animal Free Research UK’nin, yedi hastalık alanındaki çalışmaları analizine göre, yalnızca NAM kullanan biyomedikal yayın sayısı 2006–2022 arasında yaklaşık 25 binden 100 bine yükseldi. Çin de bu alana büyük yatırım yapıyor: 2024’te, NAM geliştirmeye adanmış Human Organ Physiopathology Emulation System adlı altyapı projesini 2.640 milyon yuan (382 milyon ABD doları) yatırımla başlattı.

Savunucular, NAM’lerin insan biyolojisini taklit etmede ve yeni ilaçların güvenli/etkili olup olmadığını öngörmede hayvanlardan daha iyi olabileceğini söylüyor. Çipte organ sistemleri ve organoidler çoğu zaman insan hücreleriyle kuruluyor; hesaplamalı modeller de insan verileriyle tasarlanabiliyor. Boston’daki Wyss Institute’tan biyomühendis Donald Ingber’a göre alternatif modellere yöneliş “çoktan gecikmiş” bir adım.

Buna karşın bilim insanları, NAM’lerin araştırmadaki tüm hayvan prosedürlerini “yerinden etmesine” hâlâ çok uzak olunduğunu vurguluyor. Bazı biyolojik sistemler, hayvanlar olmadan incelenemeyecek kadar karmaşık ve öngörülemez. Üstelik alternatif yöntemlerin çoğu, modelledikleri sistemi yeterince doğru ve tekrarlanabilir biçimde temsil ettiklerini gösterecek ölçüde henüz doğrulanmış değil; düzenleyici kurumların bunu kabul etmesi de ayrı bir eşik. Ingber, “Bu [alternatif] modellerin hepsi sahaya çıkmaya hazır değil,” diyor.

Hayvan modellerinin sınırları var

Araştırmalarda hayvan kullanımını “ikame etme, azaltma ve iyileştirme” (3Rs - replace, reduce, refine) çabaları onlarca yıldır artıyor; bazı yerlerde hayvan kullanımı şimdiden düşüşte. Birleşik Krallık verileri, hayvanlar üzerinde yürütülen bilimsel prosedür sayısının 2015’te 4,14 milyondan 2024’te 2,64 milyona gerilediğini gösteriyor. Avrupa Birliği ve Norveç’te araştırma ve testlerde kullanılan hayvanların toplam sayısı 2018–2022 arasında %5 azaldı. (ABD’de toplam sayıyı netleştirmek zor; çünkü yasa sıçan, fare ve balıklar için raporlama zorunluluğu getirmiyor.)

Birleşik Krallık’ta deneysel hayvan prosedürlerinin yaklaşık %76’sı temel ve uygulamalı araştırma kapsamında: organizmaları anlamak, hastalığı modellemek ve yeni tedaviler geliştirmek. %22’si düzenleyici prosedürlerin parçası; çoğu yeni ilaçların ve diğer kimyasalların kullanılmadan önce toksisite ve güvenlik testleri. Tüm prosedürlerin yaklaşık %67’sinde fare ya da sıçan kullanılıyor.

Ancak hayvan modellerinin sınırları var; özellikle de insan hastalıklarını anlamak ve onlara müdahale etmek söz konusu olduğunda. Klinik öncesi aşamada hayvanlarda işe yarayan ilaçlar, insanlarda sıkça etkisiz çıkıyor. Bu durum, araştırma aşamasındaki ilaçların klinik deneylerde yaklaşık %86’sının başarısız olmasının başlıca nedenlerinden biri olarak gösteriliyor; bu yüzden birçok araştırmacı alternatiflere yöneliyor.

Sepsis buna örnek: Enfeksiyona karşı ağır bir reaksiyon. Kemirgen modellerinde umut verici görünüp klinik denemelerde başarısız olan 100’den fazla sepsis tedavisi geliştirildi. Bunun bir nedeni insan ve kemirgen bağışıklık sistemleri arasındaki farklar; bir diğeriyse kişiden kişiye değişen karmaşık bir durumu, genetik olarak birbirine çok benzeyen ve standart koşullarda yetiştirilen iç-döllenmiş farelerde taklit etmenin güçlüğü.

NAM: Yardımcı bir yol olarak görünüyor

Araştırmacılar NAM’leri giderek daha fazla bir “yardımcı yol” olarak görüyor. Stanford Üniversitesi’nden kardiyolog Joseph Wu ve ekibi, “kapta klinik deneyler” diye adlandırdıkları bir yaklaşım geliştiriyor: Tıbbi bir durumu olan farklı kişilerden uyarılmış pluripotent kök hücreler (induced pluripotent stem cells- iPSC’ler) üretiliyor; bunlardan hücreler ya da organoidler büyütülüyor ve olası ilaçların “hastalıklı” modellerde işlevi iyileştirip iyileştirmediği test ediliyor. Wu’nun ekibi 2020’de, kalp yetmezliğinin yaygın bir biçimine yol açabilen mutasyonlu bir geni taşıyan bir ailenin üyelerinden iPSC’ler ve ardından kan damarlarını döşeyen endotel hücreleri üreterek olası ilaçları taradı; mutasyonu taşıyan iki aile üyesinde kardiyovasküler işlevi iyileştirmeye yardımcı olan bir adayı belirledi. Wu’ya göre bu yöntemi ilaç geliştirme hattına entegre etmek, hayvan testlerinden önce ilacın işe yarayıp yaramadığını görmeye, hayvan sayısını azaltmaya ve klinik denemelerin başarı oranını artırmaya katkı sunabilir.

Bazı çalışmalar, NAM’lerin hayvan testleri kadar iyi- hatta daha iyi- olabileceğini öne sürüyor. Emulate adlı şirket, Liver-Chip adlı bir çipte organ sistemi geliştirdi: İnsan karaciğer hücreleri küçük sıvı kanalcıklarında büyütülüyor ve olası ilaçların karaciğer hasarı yapıp yapmayacağı test ediliyor. Şirketin 2022 tarihli bir çalışması, çipin karaciğer hasarına yol açtığı bilinen bileşikleri %87 doğrulukla saptadığını; zararsız bileşikleri yanlış biçimde “toksik” diye işaretlemediğini öne sürdü. Ayrıca hayvan modelleriyle daha önce klinik denemeye geçebilecek kadar güvenli sayılan 15 karaciğer-zarar verici ilaçtan 12’sini tespit ettiği bildirildi. 2024’te Liver-Chip, FDA’nin yeni ilaç geliştirmede araçları destekleyen Innovative Science and Technology Approaches for New Drugs (ISTAND) pilot programına kabul edildi. Eğer onaylanırsa, şirketler toksisite için hayvan modelleri yerine bu çipi kullanıp veriyi ruhsat başvurularına ekleyebilecek.

Öte yandan bu çipler son derece uzmanlaşmış. Washington Üniversitesi’nden toksikolog Edward Kelly, ekibinin insanlarda akut böbrek hasarının bazı yönlerini yeniden üretebilen bir “böbrek çipi” geliştirdiğini ve bunun ISTAND kapsamında değerlendirildiğini söylüyor. Ancak aygıt, böbreğin iki düzineden fazla hücre tipinden yalnızca birini içeriyor. Kelly’ye göre bu indirgemeci yaklaşım, belirli hücreleri daha ayrıntılı incelemeyi sağlıyor; ama tüm böbrekte olup biteni anlamak hâlâ hayvan çalışmaları gerektiriyor.

Alternatif organoidler

Hayvan testlerine bir başka popüler alternatif organoidler: Gerçek dokuların ya da organların birçok özelliğini yakalayan 3 boyutlu, canlı sistemler. Son on yılda araştırmacılar kanserler ve kistik fibroz gibi genetik bozukluklar dâhil çok sayıda hastalığı modelleyebilen organoidler geliştirdi; bunları ilaç tarama ve toksisite testlerinde kullandı. 2021’de bir çalışma, iPSC’lerle insan karaciğer organoidleri üretip safra taşınmasını ve mitokondri işlevini baskılayan maddeleri tespit eden bir toksisite tarama aracı geliştirdi; bu test, piyasadaki 238 ilaç üzerinde yüksek doğruluk gösterdi.

Üçüncü alternatif ise hesaplamalı modeller: Bir ilacın bilgisayar ortamında (in silico) nasıl davrandığı test ediliyor. 2021’de bir ekip, bir bileşiğin insanlarda deri duyarlanmasına (alerjik reaksiyon) yol açıp açmadığını ölçen bir araç geliştirdi. Kimyasallar ve ilaçlar için güvenlik testlerinin standart bir parçası olan bu değerlendirme geleneksel olarak hayvan testleri gerektiriyor. Ekip, önceki insan, fare ve laboratuvar çalışmalarından yaklaşık 430 kimyasala ait verilerle sanal bir test kurdu; deri reaksiyonu oluşturma olasılığı %1 olan kimyasalları doğru biçimde tanımlayabildiğini gösterdi. Bu yaklaşım, uluslararası kimyasal güvenlik kılavuzları belirleyen Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Örgütü (Organisation for Economic Co-operation and Development - OECD) tarafından geçen yıl deri alerjisi testinde bir yöntem olarak kabul edildi.

Tıp araştırmalarında yapay zeka

Araştırmacılar, yapay zekânın da yardımcı olmasını umuyor. FDA ve Avrupa İlaç Ajansı (European Medicines Agency- EMA) dâhil çeşitli düzenleyici kurumlar, kimyasal ya da ilaç güvenliği değerlendirme hatlarına yapay zekâ araçlarını entegre etme üzerinde çalışıyor. 2023’te FDA’nin Jefferson, Arkansas’taki Ulusal Toksikolojik Araştırma Merkezi’nde bir ekip, 138 bileşikle tedavi edilen 8.000’den fazla sıçana ait klinik verilerle AnimalGAN adlı üretici bir yapay zekâ modeli kurdu. 100.000 sanal sıçanın yer aldığı simülasyonda modelin, kimyasal yapıları benzer üç ilacın karaciğer toksisitesini doğru biçimde sıralayabildiği gösterildi. Bu yaklaşım, kurumun toksikolojide yapay zekâyı geliştirmeyi hedefleyen daha geniş programının bir parçası hâline getirildi.

İlaç endüstrisi de NAM’lere giderek daha fazla yatırım yapıyor. Basel merkezli Roche’un küresel farmasötik bilimler başkanı Marianne Manchester’a göre şirket, onkoloji ve immünoloji gibi alanlarda ilaç adaylarını test etmek için NAM kullanan çalışmaların sayısını artırıyor. Roche 2023’te, organoidler dâhil insan model sistemleri geliştirerek ilaç geliştirmeyi hızlandırmayı amaçlayan Institute of Human Biology’yi kurdu. ABD ve Avrupa’da pazarlama onayı için yapılan yeni ilaç başvurularının çoğunda hayvan verileri hâlâ zorunlu; ancak Manchester, şirketin FDA ve EMA dâhil düzenleyicilere yapılan 12 başvuruda NAM verisi kullanmak üzere muafiyet aldığına dikkat çekiyor: “Bu alternatif yaklaşımları dikkate alma konusunda çok daha fazla açıklık var.

* Diana Kwon, Almanya'nın Berlin şehrinde yaşayan sosyal bilimleri, sağlık ve akademik yaşamı ele alan serbest bilim gazetecisi. The Scientist ve Nature gibi yayınlara yazılar yazıyor.

Kaynak: https://www.nature.com