مقدمه و تاریخچه: یک دارو برای آنکه بتواند توانایی عرضه شدن در بازار را به دست آورد لازم است که سه مرحله زیر را پشت سر بگذارد:
- مرحله اول: ماده یا گروه عاملی که دارای خاصیت دارویی است در میان هزاران ماده شیمیایی و گروه عاملی شناسایی شود.
- مرحله دوم: مطالعات پیش کلینیکی (مجموععه آزمایشاتی که روی حیوانات آزمایشگاهی (In-Vivo)، کشتهای سلولی (In-Vitro) و جدیدا توسط سیستمهای کامپیوتری (In-Silico) انجام میپذیرد)
- مرحله سوم: مطالعات کلینیکی که روی انسان انجام میپذیرد.
مبحث ما در اینجا تستهای جایگزین برای مطالعات حیوانی بوده که در مرحله پیش کلینیکی قرار میگیرند. در گذشته (پیش از 1957( تمام آزمایشات بر روی حیوانات انجام میشد که بسیار ظالمانه بود و جان بسیاری از حیوانات به خطر میافتاد و زجر بسیاری را تحمل میکردند. در سال 1954 سازمانی تحت نام UFAW توسط Charles Hume بنیانگذاری شد که وظیفه آن بررسی شرایط حیوانات در محیطهای آزمایشگاهی بود و 5 قلمرو آزادی را برای انجام آزمایشات حیوانی مشخص کرند که شامل 1.عدم تحمل تشنگی و گرسنگی، 2. فراهم بودن شرایط آسایش زندگی، 3.عدم تحمل درد، جراحت و مریضی 4.عدم تشدید رفتارهای نرمال حیوان 5. عدم القای ترس و استرس بودند. اما از آنجا که هر آزمایشی روی حیوان بدون زیر پا گذاشتن این قوانین ممکن نبود Cahrles Hume به همراه William Russel در سال 1957 مفهمومی به نام تستهای جایگزین را مطرح کردند که به صورت مجموعه تستهایی که موجب حذف رفتار ظالمانه با حیوان میشود تعریف شد. آنها قوانینی تحت عنوان Three R’s را برای اولین بار مطرح کردند که شامل موارد زیر بود:
- Replacement: شامل متدهایی میشود که به وسیلهی آن بتوان با کمترین تعداد آزمایش به نتیجه مطلوب رسید و یا حداکثر نتایج ممکن از انجام یک تست روی حیوان گرفت.
- Reduction: شامل تکنیکهایی میشود که موجب کاهش میزان درد و رنج متحمله توسط حیوان میگردد.
- Refinement: متدهایی آزمایشگاهیی جدید که در آنها از حیوانات استفاده نمیگردد.
تکنیکهای جایگزین :
تکنیکهای جایگزین آزمایش روی حیوانات به دو دسته In-Vitro و In-Silico تقسیمبندی میشوند. پایه و اساس تستهای In-Vitro استفاده از کشت سلولی و در گام بعد کشت بافت به عنوان مورد است و نتایج به دست آمده از این تستها گرای مطلوبی از عملکرد ماده دارویی به دست میدهد. اما اساس تستهای In-Silico پیچیدهتر بوده و بر این اصل استوار است که موادی که دارای گروههای عاملی مشابه هستند طبیعتا اثرات مشابهی را هم دارند و به این ترتیب اثرات گروههای عاملی مختلف را که طی آزمایشات مختلف به دست آمده است در یک سری نرم افزار آپلود کرده و با مقایسه ساختار شیمیایی ماده دارویی جدید با این مواد شیوه عملکرد و اثرات آنرا با ضریب دقت بالایی تخمین میزنند.
تستهای In-Vitro:
همانطور که قبلا ذکر شد اساس آنها کشت سلولی بوده و میتوان از این تکنیکها برای کشف انواع داروهای ضد ویروسی، ضد سرطان، آنتیبیوتیک، واکسن و ... استفاده کرد. اینتکنیکها امروزه به صورت روتین مورد استفاده قرار میگیرند. کشت سلول دارای مزایا و معایبی میباشد که شامل: مزایا: میتوان اثر تک تک اجزای دارو را روی تک تک اجزای سلول بررسی کرد، برای بررسی اثرات موتاژنتیک و جهشزایی بسیار مناسب است، باعث کاهش تعداد آزمایشات روی حیوانات میشود. معایب: نتایج به دست آمده آز آزمایش روی کشت سلوی همواره با آزمایشات روی حیوانات و انسان همنتیجه نیستند، نیاز به سلول حیوانی یا انسانی اولیه دارد که خود میتواند باعث درد و رنج شود، نیاز به سرم حیوانی و عصاره جنینی در محیط کشت بوده که برای انجام آزمایشات در سطح جهانی حدود یک میلیون جنین گاوی را در سال طلف میکند.
در زیر انواعی از تستهای رایج روی کشت سلولی به اختصار توضیح داده میشوند:
- Human skin equivalent test: در این تست با استفاده از سلولهای اپیدرم انسانی مدلی مشابه با پوست به دست میآید و آزمایشهای بعدی روی آن انجام میگیرد. اپیدرم ماتک یکی از روتینترین انواع آن است که در بانکهای کشت سلولی موجود است. این تست جایگزین تستهای تهاجمی و خورنده است که روی پوست حیوان انجام میشود.
- Corrositex test: اساس این تست بر این اصل استوار است که وقتی یک ماده شیمیایی خورنده با یک غشای زیستی تماس پیدا میکند موجب تغییر رنگ در آن میگردد. با این تست میزان خورندگی ماده شیمیایی را به دست میآورند. در گذشته از تست درایز که برروی چشم خرگوش استفاده میشد برای سنجش خورندگی ماده شیمیایی استفاده میشد که هم بسیار زمانبر و پرهزینه بود و هم طبیعتا به شدت ظالمانه و غیر انسانی.
- Skinpatch Test: در این تست از یکسری انسان داوطلب نمونههای پوستی گرفته میشود و به سنجش افزایش میزان خارش، التهاب، رطوبت و رشد غیرنرمال بافت تحت اثر دارو میپردازند. این تست در واقع فقط و فقط به بررسی اثر دارو روی پوست میپردازد.
- Human Cell Culture: در این روش سلولهای کراتینوسیت اپیدرم انسانی کشت داده میشود و سعی بر آن است تا اپیدرم انسانی شبیه سازی شود. در این تست که دارای تاییده اتحادیه اروپا هم هست به بررسی خوردگی و التهاب پوستی میپردازند. این تست هم جایگزینی دیگر برای تست درایز برروی چشم خرگوش میباشد. یکی از مشکلات این تست نیاز بالای آن به سرم حیوانی و عصاره جنینی میباشد.
- Colon Cancer Cell Lines (CaCo): در این تست یک لایه سلول سرطانی را برروی محیطی حاوی پلیکربنات یا پلیکربنات همراه با کلاژن کشت میدهند و برای مطالعات مربوط به مجاری گوارشی و میزان جذب دارو در سیستم گوارش بسیار مناسب است. این روش سرعت مطالعات متابولیسمی را به شدت بالا برد و میزان استفاده از حیوانات را کاهش داد و از دیگر مزایای آن نیاز کمش به سرم حیوانی یا عصاره جنینی میباشد.
- Tissue Culture Methods: در این تکنیکها یا یک بافت را کشت داده یا مدلی از یک بافت شبیه سازی میشود که خود انواعی از تستهارا شامل میشد. مثل Organotypical Skin Model (با سلولهای بنیادی بالغ اپیدرم مدلی از پوست برای مطالعات التهابی شبیه سازی میشود)، Hens Egg Test (در این تست از یک تخم بارور ده روزه استفاده شده و آنرا در محیط کشت جوری رشد میدهند که ساختار مشابه موکوس به دست میآید که دارای انواع رگهای خونی و مویرگی بوده و انواع آزمایشات روی آن صورت میگیرد)، Photohemolysis test (سلولهای بنیادی خونی را در محیط کشت با دارو انکوبه کرده و در مجاورت نور قرار میدهند و اثر نور بر سمیت دارو سنجیده میشود) Embryonic Stem Cell (سلولهای بنیادی جنینی را با دارو انکوبه کرده و به تاثیر دارو روی رشد سلولهای بنیادی جنینی میپردازند).
تستهای In-Silico:
همانطور که گفته شد در این تستها از سیستمهای کامپیوتری به عنوان جایگزین استفاده میشود که باعث حفظ زمان، پول و جان بسیاری حیوان بیگناه میگردد.
- Throughput Screening (HTS): تلفیقی از 4 علم زیست شناسی، شیمی، مهندسی و کامپیوتر است. این نرمافزار نیاز به یکسری اطلاعات اولیه کامل دارد به همین دلیل از انواع روشهای فلوروسنس و نانوبیدها برای به دست آوردن حداکثری اطلاعات از گروههای شیمیایی استفاده میشود و با مقایسه دارو جدید با سایر داروها یک گرای کلی داده میشود.
- Rule Of Five Or Lipinski’s Rule: کاملا انفورماتیکی بوده و بر این اصل استوار است که مثلا اگر دارویی زیر 500 دالتون وزن دارد برای جذب حداکثری باید تعداد گروههای NH و OH در آن زیر 5 و تعداد کلی N و O در آن زیر 10 و PValue آن هم زیر 5 باشد. این سیستم به کشف داروهای جدید بسیار کمک میکند ولی نتایج آن حتما باید با تست روی حیوانات تایید شود.
- TraumaMan And The Combat Trauma Patient Simulator: برای مقاصد نظامی ساخته شد و به شبیهسازی خونریزی، شکستگی، قطع عضو و سوختگی میپردازد و به وسیلهی آن تاثیر داروهای مختلف روی این موارد را میسنجند. امروزه حتی از ترومامن برای مقاصد آموزشی هم استفاده میشود. در گذشته با القای تروما در حیوان به بررسی داروهای مبارزه کننده با این اثرات میپرداختند.
- Computer-Aided Molecular Design (CAMD): مدلی از متابولیسم انسانی را طراحی میکند و به بررسی تشکیل پلاک، سمیت دارو، و خطرات قلبی و عروقی دارو میپردازد. مشابه این نرمافزارها برای حیوانات هم طراحی شده و در دامپزشکی کاربرد دارد. این سری نرمافزارها علاوه بر کارهایی که در تشخیص نوع متابولیت دارو در بدن انجام میدهند در طراحی خصوصیات فیزیکی دارو مثل وزن مولکولی و انحلالپذیری هم کاربرد دارند.