האדם והחיה

פרק ראשון

 

המחקר הביו-רפואי המודרני: מטרות ושיטות

 

מבוא

 

השימוש בבעלי חיים לצורכי מחקר ושיפור בריאות האדם ידוע יותר מאלפיים שנה. אריסטו (Aristotle, 384-322לפנה"ס), הפילוסוף היווני וחוקר הטבע, תלמידו של אפלטון ומורו של אלכסנדר הגדול, ניתח בעלי חיים וביצע בהם ניסויים כדי להבין את מבנה גופם ופעילותו. כך עשו גם הרופאים היוונים האלכסנדרוניים, הירופילוס (Herophilus, בערך 330-260 לפנה"ס) וארסיסטרטוס (Erasistratus, 304-245לפנה"ס) ותלמידיהם שנמנו עם הרופאים ה'פילוסופים' או ה'דוגמטיסטים', וטענו כי תחום הרפואה מחייב את הכרת עולם הטבע ופעולתו. לעומתם, רבים מן העוסקים ברפואה המסורתית (אמפיריציסטים - empiricists), שנהגו לטפל בחוליהם בדוכני שווקים, התנגדו לניתוחים בכלל בטענה שפילוסופיה וניסויים בבעלי חיים אינם רלוונטיים לרפואה הלכה למעשה. בה במידה הם דבקו באיסור המצרי והיווני הקדום לנתח גוויות אדם ואנשים חיים (vivisection).

לדעתם של האמפיריציסטים, הטיפול הרפואי חייב להתבסס על תצפיות בחולים בפועל ועל ניסיון מצטבר בעקבות התרשמות ממידת יעילות הטיפול. היפוקרטס (460-377 לפנה"ס), הנחשב כיום ל'אבי הרפואה', ביטא גישה זו בספרו Epidemics, שבו תיאר בפרוטרוט סימני מחלות בלא כל ניסיון תיאורטי להסבירן. בספר הזה מופיע החיוב של הרופא '[...] לעזור, או למצער לא להזיק [...]' המשמש, ככל הנראה, מקור לאמרה הלטינית שנוסחה מאוחר יותר - primum non nocere(ראשית, אל תזיק) המקובלת עד היום ככלל הראשון בטיפול הרפואי. זה גם הנימוק שבגינו התנגדו האמפיריציסטים לניתוחים באדם ובחיה שסופם היה, בדרך כלל, מוות וייסורים באותם הימים. כפי שנראה בהמשך, נימוקי המחלוקת העתיקה הזאת על התפקיד של הכרת עולם החי ותפקודו, ומקומם של הניסויים והתיאוריה המדעית ברפואה, מהדהדים גם כיום בדיון בסוגיית הניסויים בבעלי חיים, כאילו לא למדנו דבר באלפי השנים שעברו מאז.

במשנה (בכורות ד, ד) ובתלמוד הבבלי (חולין נז) תוארו ניסויים בחי כדי לבסס החלטות בעניין כשרות בעלי חיים. המשנה במסכת בכורות (המובאת גם בסנהדרין לג, ע"א) מעניינת במיוחד בצטטה עדות של הרופא תיודרוס, ככל הנראה תלמיד של האסכולה האלכסנדרונית של הירופילוס, המאשרת את החיוּת של חזירות שרחמן הוצא מהן על סמך הניסיון באלכסנדריה (ראו בהרחבה בר־אילן 2008). כיוון שחיה שנשחטה כשהיא סובלת מפציעה או מפגיעה הפוגעת בחיותה נחשבת לטרפה ואסורה באכילה, הסיקו מעדות זו חכמים, שבהמה שרחמה הוצא היא כשרה. לדעתו של חוקר התלמוד מאיר בר־אילן באותו מאמר, גם קביעת מספר האיברים באדם (רמ"ח - 248), המיוחסת לתלמידי רבי ישמעאל (בבלי, בכורות מה, ע"א), מבוססת על האסכולה ההירופילית הדוגמטיסטית שבאלכסנדריה, שכאמור עסקה בניתוחי בעלי חיים ואדם, מתים או חיים.

בתקופה מאוחרת יותר בלטו הישגיהם של מבשרי המדע המודרני כגון הרווי בגילוי מחזור הדם ב־1628, רוברט הוק (Robert Hook, 1635-1703) בתיאור תפקוד הריאות בשנת 1667 וסטיבן האלס (Stephen Hales, 1677-1761) בפיתוח שיטה למדידת לחץ דם ב־1733, שכולם הושגו בעזרת ניסויים בבעלי חיים. תיאור מרתק של התפתחויות היסטוריות אלה ניתן למצוא בספרה של גואריני (Guerrini 2003) והן יתוארו, בחלקן, בפרק השלישי להלן.

במאה התשע עשרה נבעו המחלות האנושות, שגרמו לרוב מקרי התמותה, מזיהום חיידקי או נגיפי, אולם הרופאים באותה העת סברו שהן נובעות מפגעים פנימיים שמקורם בחולה. הגילוי שמחוללי מחלות חיצוניים הם שאחראים למחלות הזיהומיות, עלה בראשונה בעבודתו של לואי פסטר (Louis Pasteur, 1822-1895), כימאי צרפתי, שהבחין כי זיהום חיידקי גורם לקלקול תהליך התסיסה בהכנת יין או בירה. בהמשך גילה פסטר כי מעי תרנגולות שנפגעו מכולרה הכילו מיקרואורגניזמים, שפסטר הצליח לגדלם בתרבית ולבודד מהם את מחולל המחלה. הדבקת תרנגולות בריאות בחיידק מהתרביות הללו הוכיחה שאכן בודד מחולל המחלה. יתרה מזו, פסטר הבחין שחיידקים אלה מאבדים במרוצת הזמן את היכולת לגרום למחלה, ובכך נסללה הדרך לחיסון נגד מחלות זיהומיות. במשך השנים פותחו חיסונים נגד קרמת (דיפתריה), צפדת (טטנוס), כלבת, שעלת, שחפת, שיתוק ילדים ועוד. חלק מהניסויים שהביאו לפיתוח החיסונים הראשונים יסוקרו להלן בפרק השלישי. עבודות מחקר לפיתוח חיסונים נמשכות גם בימינו אלה. מאמץ רב ומתמשך מוקדש כיום לפיתוח חיסון נגד האיידס (כשל חיסוני נרכש, AIDS/HIV) ונגד מלריה. לעתים הרופאים נתקלים בזני מיקרואורגניזמים שהפכו לעמידים, או במחלות זיהומיות ה'מופיעות' מעת לעת ומאיימות על בריאות האדם ובעלי החיים. פיתוח החיסונים הקיימים התבסס ברובו על ניסויים בבעלי חיים, ואלה יידרשו גם בעתיד. התרופות הידועות למחלות זיהומיות, כגון הסולפה ומיני האנטיביוטיקה, גילוין ופיתוחן לתרופות יעילות, התבססו בחלקם על ניסויים בבעלי חיים.

מחקר בבעלי חיים תרם תרומות חיוניות גם בשטחי רפואה רבים אחרים, וכמה מהם יפורטו בפרק הבא. ניתוחי מעקפים, השתלת שסתומי לב, שהפכו לשגרה, והשתלות לב - כל אלה הם פרי שנות מחקר מרובות שהחלו ושוכללו בעזרת בעלי חיים כגון כלבים, חזירים וקופים. הוא הדין בדיאליזה ובהשתלות כליה המצילות חיי חולים במחלות כגון אי־ספיקת כליות, דימום קשה, סוכרת או הרעלה. השתלות איברים כגון כליה, לב, ריאה וכבד הציבו בפני הרפואה אתגרי התמודדות עם סיבוכים אפשריים שהיה ועדיין יש הכרח למצוא להם מענה הולם. מחקרים כאלה אינם ניתנים לביצוע בתרביות תאים בלבד, וגם אילו נמצאו חולים נואשים שהיו מוכנים לשמש 'שפני ניסוי', המחויבויות האתיות של הרופאים והחוקים במדינות התרבות היו מונעים את ביצועם.

ניסויים בבעלי חיים הם שלב חיוני בפיתוח כל תרופה חדשה, לרבות תרופות להורדת לחץ הדם ולטיפול בסוכרת. כך גם התרופות החדשות כגון הֶרצפטין לסרטן השד, או אווסטין לסרטן המעי הגס, ששמן עולה מדי שנה בדיוני סל התרופות. שוועת החולים הנזקקים להן, ותחינת בני משפחותיהם לכלול אותן בסל התרופות, מעידות עד כמה פיתוח תרופות חדשות הוא הכרחי.

יש לציין שניסויים בבעלי חיים מהווים רק כשליש מכלל המחקר הביו־רפואי - כמשתקף מן הפרסומים המדעיים בתחום הזה. שני השלישים האחרים הם מחקרים הנערכים במבחנה, בתאים וברקמות בתרבית, במודלים מתמטיים ובבני אדם. השימוש בכל אחד מאמצעי המחקר הללו, וצבירת מידע משלים בכל אחת מן הגישות הללו, הם שמאפשרים את הקידום המיטבי של המחקר ואת יישומו לטובת האדם והחיה.

עד כה הוזכרו ברפרוף כמה מן הפיתוחים הרפואיים שהתאפשרו בזכות ניסויים בבעלי חיים. בהמשך הפרק יתוארו המחקר הביו־רפואי ודרכי ביצועו; תפקיד המחקר הבסיסי ביצירת התשתית ההכרחית למחקר יישומי ורפואי והדרך הארוכה והמפותלת של כל תרופה חדשה או טיפול חדשני משולחן המעבדה ועד מיטת החולה. דוח מפורט של קבוצת עבודה בריטית, ובה מדענים מתחומי הביו־רפואה, מדענים ממדעי הרוח ואף מתנגדים לניסויים, שנעשה כחלק מפעילות מועצת נפילד לביו־אתיקה, טיפל ביסודיות בשאלות אלה ושימש אחד המקורות החשובים לפרק הזה (Nuffield Council on Bioethics 2005).

 

מחקר בסיסי, מהותו וחיוניותו

 

המחקר הביו־רפואי המודרני, כענפי מדע תיאוריים וניסויים אחרים, בנוי על צבירת ידע על עולם החי והמנגנונים הפועלים בו בכל דרך אפשרית. לא לחינם נאמר גם על המדע כי הוא 'אמנות האפשרי'. מחקר ביו־רפואי בסיסי, מטרתו העיקרית היא איסוף ידע לשם הבנת הפעילות של יצורים חיים, אדם ובעלי חיים, בבריאות ובחולי, בתנאים מיטביים (אופטימליים) ובתנאי עקה. מחקר מסוג זה יכול להיעשות ברמה של יצור שלם, או ברמות של איברים, תאים או מולקולות המרכיבות את גופו ומשתתפים/משתנים בפעילות ובחולי.

כל רכישת ידע, גם אם התועלת לבריאות איננה ברורה מראש ואיננה מובנת מאליה מיד, מוסיפה אבן לפסיפס ההבנה של העקרונות והמנגנונים הפועלים בגוף החי. הניסיון המצטבר מוכיח כי כל ידע, סופו שיתרום לשיפור הבריאות, למניעת מחלות ופגעים ולטיפול בהם. הפרסום הנרחב בספרות המדעית חיוני לשם הפצת הידע הנרכש ומאפשר את יישומו בשטחים שלא עלו בדעת החוקר מלכתחילה.

במחקר המדעי המודרני, בקרת עמיתים (peer review) מומחים בתחום המחקר הרלוונטי ממלאת תפקיד מרכזי בכל שלב בהתפתחותו של כל מדען ושל כל מיזם מחקרי. תחילת פעולתו של מנגנון בקרת העמיתים בחינוכו של סטודנט בלימודיו, והוא נמשך בעבודות המחקר הראשונות שלו בהדרכת מדריכו או מדריכיו ובמשך כל פעילותו המדעית. יש להדגיש כי כבר בשלב הלימודים, העבודה שלו עוברת הערכה של בוחנים אחרים, מלבד מנחי העבודה. מובן שהמשך ההתמחות של מי שזכה לסיים את עבודת התזה שלו, וקיבל את התואר דוקטור, תלוי בתחרות על מקומו כחוקר בתר־דוקטוריאלי. הוא יזכה לכך על סמך הערכה של עבודתו ושל אישיותו על ידי מוריו ועמיתיו בשטח המחקר שלו. הוא הדין בהמשך הקריירה שלו כמדען, קבלת משרת חוקר עצמאי וטיפוס במעלה הדרגות האקדמיות.

בד בבד עם ההערכה האישית של הישגיו המדעיים של כל חוקר, כל תכנית עבודה ניסויית שלו במדעים, גם בביו־רפואה, עוברת תהליך של בדיקה ואישור על ידי עמיתים לשם מימונה מקרנות ציבוריות או פרטיות. תהליך זה הוא תחרותי מאוד, והצעות מחקר מעטות בלבד זוכות למימון לשם ביצוען. לאחר ביצועה, כל עבודה נבחנת לפני פרסומה מבחינת מקוריותה, אמינות שיטות המחקר ותקפות המסקנות. עם פרסומה, וככל שהעבודה מוערכת יותר ותורמת להבנת הנושא הנחקר, היא ממריצה חוקרים אחרים 'להצטרף למרוץ' ולבחון את הממצאים בתנאים אחרים. כל ממצא, תיאוריה והכללה המתפרסמים בספרות המדעית חשופים תמיד לבדיקתם של חוקרים עמיתים העובדים באותו תחום, בין לאישורה ולאימות ממצאיה ובין להפרכתם. הם ינסו לאשר את הממצא בתנאים אחרים ובגישות אחרות. הדרישה להדירות (reproducibility) - היכולת של מדענים אחרים לחזור ולאשר ממצאים או מסקנות של חוקרים או מעבדות אחרות - היא הלב של הגישה המדעית. מה שנראה, למי שאינו בקיא בתחום המחקר, כחזרה או שינוי קל של ניסוי קודם, עשוי להביא להגדרה מדויקת של הממצאים ולהגבלתם לתנאים ספציפיים, או למינים מסוימים של בעלי חיים. תרופות מסוימות עשויות להביא לתוצאות נבדלות במצבים פיזיולוגיים שונים באותה החיה. כמו כן ייתכנו הבדלים ברגישות מיני יונקים לחומרים מסוימים. המסקנה המתבקשת מן ההבדלים המתגלים בתגובות בעלי חיים למיניהם איננה להימנע מניסויים בבעלי חיים, אלא לחקור ולבדוק את ההבדלים הפיזיולוגיים או הגנטיים בין בעלי החיים המתבטאים ברגישות זו ולקבוע את המנגנונים המשתתפים בכך. הבנה מסוג זה, יש לה חשיבות רבה לפיתוח גישות טיפול חדשות.

ממצא יכול לזכות לאימות מלא, לאימות חלקי (כאשר הוא נמצא נכון רק בתנאים מסוימים או מוגדרים) או לעתים להפרכה. בקרת עמיתים מבטיחה את קידום הידע המדעי והבנת מבנה נושא המחקר ופעילותו, ככל שכלי המחקר ואיכותם הטכנית באותו זמן מאפשרים. התחרות בין קבוצות מחקר, הבחינה המתמדת והחוזרת של כל הממצאים, מונעות קיבעון ודבקות במשוגות העבר, ומבטיחות שיפור מתמיד בהבנת עולם החי ומנגנוני הבקרה שלו. הבנה זו מהווה את התשתית הדרושה להגנה על הבריאות והרווחה של האדם ובעלי החיים.

בהמשך פרק זה אסקור כמה משטחי המחקר הביו־רפואי הבסיסי הנעשה בבעלי חיים. בפרק שלאחר מכן אתאר בפרוטרוט כמה מהמחקרים פורצי הדרך שקידמו את בריאות האדם. יש להדגיש שבמחקר המודרני תשומת לב מרובה מוקדשת למאמץ לצמצם ככל האפשר את הניסויים בבעלי חיים, למנוע מהם סבל מיותר ולשמור על רווחתם. החוק במדינות הנאורות, והנוהל למעשה, מבוססים על עקרון שלושת ה־R־ים, שתורגם בעברית לעצ"ה, כהצעת פרופ' שמעונה גינצבורג, מהאוניברסיטה הפתוחה (גינצבורג 2001). אלה ראשי התיבות של עידון, צמצום והמרה:

עידון (Refinement) - מקפידים על רווחת חיות הניסוי ומזעור סבלן. עידון כולל תנאי אכסון ותזונה המבטיחים את רווחת החיות, טיפול וטרינרי נאות ושימוש בחומרי הרדמה ואלחוש;

צמצום (Reduction) - ממזערים, ככל האפשר, את מספר החיות בכל ניסוי;

המרה (Replacement) - משתמשים, ככל האפשר, בחלופות טכנולוגיות לבעלי חיים - תרביות רקמה, הדמיות מחשב ומינים נמוכים יותר בסולם האבולוציוני. הסדרת הניסויים בבעלי חיים תתואר ביתר פירוט בפרק השישי.

 

חקר התנהגות בעלי חיים

 

הבנת הבסיס הביולוגי להתנהגות בעלי חיים היא אחת השאלות המרתקות בביולוגיה. דוגמאות לשאלות הנבחנות במחקרים אלה: אילו ממרכיבי ההתנהגות מורשים בגנים ואילו נרכשים בלמידה במשך מחזור חיי הפרט (אונטוגנזה, ontogenesis)? מדוע מיני ציפורים מסוימים שרים ואחרים לא? מדוע ציפורים נודדות וכיצד הן מנווטות את דרכן ליעדיהן? מדוע מיני בעלי חיים מסוימים חיים בלהקות ואחרים כבודדים? מדוע מינים מסוימים הם מונוגמיים ואחרים פוליגמיים?

מחקרי התנהגות בעלי חיים נעשים לעתים על ידי מעקב בטבע ומתוך הפרעה מזערית לבעלי החיים, כגון הטבעה (סימון ציפורים בטבעת), השתלת משדר או סימון באמצעים אחרים. מחקרים אחרים כוללים החזקת החיות בשבי בתנאים המוכתבים על פי צורכי הניסוי. בניסויים של למידה או זיכרון, חיות הניסוי, בדרך כלל עכברים או חולדות, מוצאות את דרכן במבוך אל הפרס המיוחל או שוחות אל איי מפלט. כדי לבדוק את הבסיס התאי או המולקולרי של התנהגות בפרוטרוט, צריך ללוות את התצפיות גם בטיפול, לעתים פולשני, בחיה, כפי שיוסבר בפרק הבא.

 

חקר מנגנוני פעילות (פיזיולוגיה)

 

חשיפת מנגנוני הפעילות, הפיזיולוגיה, של האדם והחיה יצרה את התשתית לפיתוח שיטות חדשות למניעת מחלות ולריפוין, ששיפרו לבלי הכר את רווחת האדם. להלן אתאר כמה מן המערכות שנחקרו בתחום זה.

 

מערכת ההפרשה הפנימית (האנדוקרינית)

מערכת ההפרשה הפנימית בנויה מאיברים/בלוטות, כגון יותרת המוח (היפופיזה, hypophysis), בלוטת המגן (תירואיד, thyroid) ואיברי המין (שחלות ואשכים), המייצרים חומרים (הורמונים, hormones) המשמשים שליחים הפועלים על איברי המטרה שלהם, על ידי התקשרות ייחודית לקולטנים (receptors) המצויים על פני התאים שלהם או בתוכם, ומעוררים או מדכאים את פעילותם. דוגמאות להורמונים מוכרים לכול: אינסולין שמקורו בלבלב (פנקריאס, pancreas), פרולקטין (prolactin), הורמון מגרה הזקיק (Follicle Stimulating Hormone, FSH) והורמון הביוץ (Luteinizing Hormone, LH), שמקורם ביותרת המוח, והסטרואידים המופרשים מאיברי המין: פרוגסטרון, אסטרוגן וטסטוסטרון. רוב ידיעותינו בתחום האנדוקרינולוגיה מבוססות על ניסויים בבעלי חיים ותצפיות בחולים. באופן היסטורי, רוב הבלוטות ותפקודן התבררו בעקבות הוצאת הבלוטה בניתוח, או בלימת הפרשת ההורמון באמצעות חומר הבולם את יצירת ההורמון או את הפרשתו מן הבלוטה, ובדיקת ההשפעה של היעדר הבלוטה או ההורמון המופרש על ההתנהגות או הפעילות של חיית הניסוי. בהמשך מזריקים תמצית של הבלוטה לחיה ובודקים אם התמצית תביא לשיקום פעולות החיה שנפגעו בעקבות סילוק הבלוטה. אם התמצית מצליחה לתקן את ההפרעה, מנסים להפיק את ההורמון הפעיל ולזקקו מתוך התמצית.

כאמור, רוב ההורמונים נמצאו בדרך זו, והפעילות המתוארת נמשכת והביאה לגילוי הורמונים חדשים בימינו (כגון אינהיבין, אקטיבין, לפטין ורבים אחרים), ועוד היד נטויה.

 

המערכת החיסונית (אימונית)

המערכת החיסונית מגִנה על האדם ועל בעלי החיים מפני מחוללי מחלות ותאים שיש לסלקם מן הגוף. באדם ובקרב רוב בעלי החוליות יש למערכת החיסון שני מרכיבים: חיסון מולד (או טבעי) וחיסון נרכש. חיסון מולד משותף כמעט לכל היצורים החיים, והתגובה שלו כלפי ה'איום' היא מיידית אך איננה ייחודית לכל אחד מגורמי הסכנה. לעומת זאת חיסון נרכש, המשמש 'קו הגנה' שני, נכנס לפעולה בעקבות הפעלת החיסון המולד על ידי מחולל המחלה. תגובת מערכת זו על דלקת כוללת 'הכרה' של מחולל המחלה והתאמת תגובה ייחודית לו. גם לאחר סילוק מחולל המחלה, יכולת תגובה זו נשמרת כ'זיכרון חיסוני' המאפשר תגובה מהירה, יעילה וייחודית במקרה של חשיפה נוספת לאותו המחולל. חקר מערכת החיסון הנרכשת כולל בדרך כלל חשיפה של חיות הניסוי למולקולות זרות (אנטיגנים, קיצור של antigen generating, דהיינו מעוררי יצירת נוגדנים - antibodies, חלבונים המגיבים ומנטרלים אנטיגנים) או למחוללי מחלות כחיידקים. התגובה החיסונית מתבטאת ביצירת תאים במערכת החיסון ונוגדנים המכירים באופן ייחודי את האנטיגן או את מחולל המחלה שהוזרק. ניסויים מעין אלה הוכיחו שהתאים המעורבים בתגובה החיסונית הם תאי דם לבנים מסוג לימפוציטים. הקרנה של קרינה מייננת, כגון קרני רנטגן, על חולדות או עכברים, ההורסת את רוב תאי הדם הלבנים, לרבות הלימפוציטים, מנעה את התגובה החיסונית בעקבות הזרקת אנטיגנים, ורק החזרת לימפוציטים, ולא תאי דם לבנים אחרים, הצליחה לשקם את היכולת לפתח חיסון נרכש.

ניסויים מסוג זה, הכוללים השתלת תאים מחיה לחיה, מחייבים שימוש בזני חיות שהתפתחו בעקבות הכלאה חוזרת ונמשכת של אחים/אחיות, כדי שהזן יהיה אחיד מבחינה תורשתית והתאים של ה'תורם' לא יידחו על ידי גוף החיות המושתלות. ניסויי השתלת עור בין חיות מזנים נבדלים הוכיחו שדחיית שתלים היא תוצאה של התגובה החיסונית. פיתוח תרופות המדכאות את התגובה החיסונית סלל את הדרך להשתלות איברים בבני אדם.

השתלת לימפוציטים לחיות ניסוי שעברו הקרנה שדיכאה את התגובה החיסונית, אפשרה זיהוי תת־סוגים של לימפוציטים המעורבים בתהליכים נבדלים וייחודיים של התגובה החיסונית. מערכות החיסון של חולדות ועכברים דומות לאלה של האדם ומאפשרות ליישם את תוצאות המחקר בחיות אלה לצורכי פיתוח רפואת האדם. יתרה מזו, שימוש בזני עכברים שבהם מערכת החיסון הושתקה (immunodefficient) מאפשר לחקור את התגובה החיסונית של לימפוציטים של אדם שהושתלו בגוף העכברים. עכברים כאלה, הנושאים לימפוציטים אנושיים (שיש הקוראים להם באופן מטעה 'עכברים מואנשים' - העכברים אינם אנושיים משום בחינה פרט לנשיאת הלימפוציטים האנושיים, או במילים אחרות גופם משמש כ'מדגרה' של תאים אנושיים) מאפשרים לחקור את הפעילות של נגיפים, לרבות איידס, ללמוד כיצד הם פוגעים במערכת החיסון האנושית ולבדוק יעילות של תרופות במניעת פגיעה זו.

לנוגדנים שימוש נרחב במחקר הביו־רפואי וברפואה. כיוון שהנוגדנים מכירים חלבונים ייחודיים (אנטיגנים), שהם נוצרו כנגדם, הנוגדנים הייחודיים להם משמשים לזיהוי החלבונים הללו, לאיתורם, לכימותם ולטיהורם. לדוגמה, ניתן לסמן נוגדנים על ידי צבעים זוהרים ולהשתמש בהם לשם מיקום האנטיגן בתאים וברקמות בתרבית; ניתן לקשור להם סמנים זוהרים או צבענים לשם כימות אנטיגנים בדם או נוזלי גוף אחרים (כמו שנעשה בחלק מבדיקות ההיריון הנפוצות); כמו כן ניתן לקשור אותם לכדורים מגנטיים זעירים כדי לבודד את האנטיגן מתוך תמיסות ביולוגיות.

 

חקר מערכת העצבים המרכזית

חקר מערכת העצבים המרכזית ופעילותה כרוך לעתים קרובות בניסויים פולשניים בבעלי חיים. בניסויים אלה חלקים ממערכת העצבים נחשפים, מנוטרים מבחינת פעילותם החשמלית או המטבולית, מגורים או מנוטרלים. בגלל הדמיון שבמבנה מערכת העצבים המרכזית של האדם והקוף, בייחוד במבנה קליפת המוח, רבים מן הניסיונות הללו נערכים בקופים ירודים. חלק מן הניסויים יכולים להתבצע בחיה מורדמת, אולם כאשר רוצים לבדוק את מנגנוני הבקרה של חיה בפעולה, תוך קליטת גירויים ויזואליים ותגובה עליהם באמצעות תנועות גפיים, יש לבצע את הניסויים הללו בחיה ערה ולעקוב אחר פעילות המוח באמצעות אלקטרודות המושתלות ומקובעות בקבוצות תאי קליפת המוח הנחקרים.

שיטות ההדמיה הקיימות, כגון תהודה מגנטית (MRI), טומוגרפיה על ידי פליטת פוזיטרונים (PET), או מגנטו־אנצפלוגרפיה (Magneto-Encephalo-Graphy, MEG), מאפשרות כיום להמיר רק מעט מן הניסויים הפולשניים, בגלל מגבלותיהן מבחינת כושר ההפרדה (הרזולוציה) הנמוך שלהן במרחב או בזמן. שיטות אלה מאפשרות לעקוב אחר פעילות קבוצות גדולות של תאי עצבים במוח האדם בלא צורך בניתוח, אולם הן אינן מאפשרות חקירה של תאי עצב יחידים או קבוצות קטנות של תאים בגלל כושר ההפרדה הירוד שלהן במרחב. בשיטות שבהן ניתן לקלוט את האותות רק באיחור רב לאחר יצירתם, ולא בזמן אמת, אי־אפשר לעקוב אחר פעילות המוח בזמן הניסוי בגלל כושר ההפרדה הנמוך שלהן בזמן. כל אלה מחייבים, בשלב זה, ביצוע ניסויים פולשניים והשתלת אלקטרודות למוח. מן הראוי לציין שהניתוח לחשיפת המוח וכיסויו בהתקן המאפשר הכנסת אלקטרודות נעשה בהרדמה כמו כל ניתוח דומה באדם. לעומת זאת הכנסת האלקטרודות נעשית באדם ובחיה ערניים ואין בה שום כאב או פגיעה, חוץ מהצורך בריסון כדי למנוע תזוזה בזמן הניסוי שתסב פגיעה במוח.

 

מחקרים בהתפתחות, תאי גזע עובריים ושיבוט

 

תקופת התפתחות העובר היא תקופה מכריעה בחיי כל בעלי החיים. בקרב יונקים התהליך מתרחש בסביבה מוגנת יחסית, ברחם האם ובסביבה מבוקרת במהלך ההיריון. למרות כל אלה, לעתים מתרחשים אירועים העלולים לפגוע קשות בבריאות היילוד ובהתפתחותו הסדירה. חקר תהליכי התפתחות העובר וקשרי הגומלין שבינו לבין האם חיוני להבנת התהליכים הללו ולמציאת דרכים למנוע פגיעות אלה.

לשם הבנת התפתחות העובר, החוקרים מסמנים חלקים או תאים של עוברי חיות, למשל על ידי צבעים או מולקולות זוהרות, סימון המאפשר לעקוב אחר השינויים החלים בהם ובמיקומם בגוף בהמשך ההתפתחות. גישות אחרות כוללות ניתוח כריתה של חלקי עובר והשתלתם במקומות אחרים בגוף. מחקרים מסוג זה נעשו ועדיין נעשים בדרך כלל בחיות המטילות ביצים רבות מחוץ לגוף, ושהתפתחות העובר בהן נמשכת מחוצה לו, במי אקווריום או במדגרה, כמו אצל דו־חיים (קרפדות וצפרדעים), דגים ועופות (בעיקר תרנגולות ושלווים). באחרונה ניסויים בהתפתחות עוברי דגים נעשים בעיקר בעוברים השקופים של דגי זברה, תכונה המאפשרת מעקב אחר ההתפתחות והתנועה של התאים המסומנים או המושתלים בחיה השלמה בלי להיזקק לבדיקה פולשנית.

לאחר ההפריה, תא הביצה המופרית (התא הראשוני - זיגוטה) מתחלק במהלך התפתחות העובר בחלוקות חוזרות ונשנות, ועל התאים, הדומים זה לזה בתחילתם, עובר תהליך של התמיינות (דיפרנציאציה, differentiation) והתמחות - לפעול כתאי הרקמות כגון תאי עצב, תאי שריר, תאי עור או תאי דם אדומים ולבנים. הניסויים בתחום ההתפתחות מטרתם לענות על שאלות בסיסיות, כגון פרק הזמן הנחוץ לתאים או לרקמות להתמיינות בלתי הפיכה לצורך מילוי ייעודם בגוף הבוגר, ופשר המנגנונים המעורבים בתהליכי ההתמיינות. כל אלה הן שאלות בסיסיות שמטרתן להבין תהליכים ביולוגיים. עם זאת, יש לשאלות אלה חשיבות רבה לבריאות האדם. הבנת ההשפעה של מחלות האֵם, או של תרופות שהיא נוטלת, על תהליכי ההתפתחות וההתמיינות של תאים ורקמות של העובר חיונית למניעת פגיעה בעובר המתפתח. הטרגדיה של נטילת התלידומיד על ידי נשים הרות משמשת עדות מצמררת לכך (כפי שיפורט להלן בחלק שכותרתו 'השימוש בבעלי חיים לבדיקות בטיחות ורעילות').

כידוע, חומצות גרעיניות משמשות להעברת המידע התורשתי מדור לדור. ה־DNA(חומצה דאוקסיריבונוקלאית) מקדדת במבנה שלה את המידע הגנטי ומאורגנת בדרך כלל בכרומוזומים שבתוך גרעין התא המועברים בחלוקת התא לתאי הבת. ה־RNA(חומצה ריבונוקלאית) נבנית על גבי ה־DNAבתהליך ה'שעתוק' (transcription). 'תרגום' (translation) של המידע האצור ב־DNAלחלבוני התא הבונים אותו, או משמשים לבקרת פעילותו ו/או לפעילות תאים אחרים, נעשה על גבי מולקולות ה־RNA. אחת המטרות החשובות בחקר התפתחות העובר היא זיהוי התפקוד הייחודי של גנים בתהליכי ההתפתחות למיניהם. אחת הדרכים המקובלות לכך היא הזרקת RNAלעוברי דג או צפרדע, ובהיכנסה לתאי העובר, החומצה עשויה לשפעל או להפסיק זמנית את היצירה של חלבונים מסוימים. שינויים מסוג זה מאפשרים לקבוע אילו חלבונים (או גנים המקדדים אותם) משתתפים בתהליך.

בשלבי התפתחות מוקדמים של עוברי עכברים (ליתר דיוק, בתקופה שלפני השרשתם לרחם, כשהם טרום־עוברים, pre-embryos) ניתן להזריק תאים מעובר של זן אחד לעובר אחר או לאחֵד שני עוברים כאלה לעובר אחד. השתלת עובר כזה בגופה של פונדקאית מתאימה תאפשר את התפתחותו עד כדי קבלת עכבר בוגר. איחוי תאי שני עוברים לעובר אחד אפשרי כל זמן שהתאים הללו שומרים על יכולתם להתמיין לתאי כל הרקמות. תאים כאלה, השומרים על יכולת התרבות בחלוקת התא ומסוגלים להתמיין לכל סוג תא - הם תאי הגזע העובריים (embryonic stem cells). עוברים ועכברים שהתפתחו לאחר הזרקת תאים מעובר אחר, או איחוי עמו, מכילים תאים שהחומר התורשתי שבהם מקורו בשני זוגות הורים ולכן הם נקראים כימרות, על שם חיות מהמיתולוגיה היוונית שכללו חלקי אריה, תיש ודרקון (chimera). ביצירת כימרות משתמשים בדרך כלל בזנים שניתן להכיר את תאיהם או שאחד מהגנים שלהם שונה כדי לאפשר את 'סימון' התאים. כימרות מסוג זה מאפשרות מעקב אחר התאים של שני הזנים (מסומנים ובלתי מסומנים) ובדיקת תרומתם לאיברים ולפעילותם.

שיבוט (cloning) פירושו יצירת העתקים זהים של גן, תא או חיה שלמה. שכפול של חיה, שכולל כמובן גם תאי מין משובטים, הוא שיבוט לצורכי רבייה. הוא עשוי להתרחש באופן טבעי בלידת תאומים זהים שנוצרו מחלוקה של עובר בשלבים מוקדמים של התפתחותו. ניתן להשיג זאת גם על ידי חלוקת טרום־עוברים לשניים או יותר במבחנה. ניסויים מסוג זה בוצעו תחילה בדו־חיים. בקרב יונקים, לאחר חלוקת הטרום־עובר, יש להשתיל את העובר המשובט בגופה של פונדקאית מתאימה עד ההמלטה.

שיטת שכפול מתוחכמת יותר נוסתה לשם הבנת תהליכי המיון של תאים בהתפתחות העובר. תהליך המיון של תאים כרוך בהשתקה והפעלה של חלק מהגנום שבגרעין, אף שכל הגנום נשאר בכל התאים ששומרים על הגרעין שלהם (שלא כתאי דם אדומים בקרב חלק מן העופות ובקרב יונקים). אחת השאלות המרתקות בביולוגיה של ההתפתחות היא אם הגנום (או ה־DNAשבכרומוזומים) משתנה בתהליך המיון של תאים שינויים בלתי הפיכים. הניסויים הראשונים בשיבוט בעלי חיים (בשנות השבעים של המאה הקודמת) בוצעו בצפרדעים ובקרפדות ונועדו לענות על השאלה הזאת. בתהליך הוזרק גרעין של תאי רקמות, שכבר התמיינו, לציטופלזמה של ביצית שהגרעין המקורי שלה הוצא. הממצא שחלק קטן, למעשה חלק קטן מאוד, מן העוברים הללו התפתח לראשנים שהפכו לבוגרים הוכיח שהגרעין שומר במהלך המיון את הגנום בשלמותו, וכי השינויים המתרחשים ב־DNAהם הפיכים. שיבוט הכבשה דולי ב־1996 הוכיח ששיבוט אפשרי גם ביונקים. מאז שובטו בהצלחה מיני יונקים רבים, ובהם חולדה, עכבר, פרה, עז, חתול, כלב, סוס ואפילו פרד (שאינו מסוגל להעמיד צאצאים בדרך הרגילה). בחלק מהחיות המשובטות בוצע שיבוט חוזר, דהיינו הוצאת גרעין מרקמת החיה הבוגרת והשתלתו בתוך ציטופלזמה של ביצית שגרעינה המקורי הוצא. תהליך השיבוט הוא בלתי יעיל עד מאוד, ודורש יצירת מאות עוברים כדי לקבל ולד שאף הוא לעתים קרובות סובל מבריאות לקויה. בדרך כלל עוברים אלה גדולים יחסית בזמן ההמלטה. ממצאים אלה הביאו לידי הסכמה רחבה שכל ניסיון לשבט בני אדם אסור לחלוטין בשלב הנוכחי של פיתוח הטכנולוגיה, למרות הלחצים וניסיונות הסרק של אנשים לא אחראיים ליישמה.

שיבוט לצורכי ריבוי (reproductive cloning) מייצר פרטים זהים, אך לא לחלוטין, לחיה ששוכפלה. אמנם החומר הגנטי שבגרעיני התאים שנוצרו זהה לחלוטין לזה שבגרעיני הפרט ששוכפל, אך לא כן החומר התורשתי המצוי במיטוכונדריות, אברוני תא המספקים את האנרגיה לפעילות התא. חומר זה מהווה חלק זעיר מזעיר של הגנום כולו, ומקורו בביצית שסיפקה את הציטופלזמה לשיבוט. כך לדוגמה חתולים ששובטו מגרעינים של אותו פרט עשויים להיות בעלי פרוות נבדלות. שיבוט לצורכי ריבוי בעלי חיים משמש להחשת יצירת זנים שבהם הוכנסו שינויים מכוונים בגנום, לחקר ההזדקנות והסרטן ולשימור מינים הנתונים בסכנת הכחדה.

שיבוט לצרכים רפואיים (therapeutic cloning) הוא אחד היישומים המלהיבים בתחום השיבוט. הרעיון הוא ליצור תאי גזע עובריים, ולהפיקם מטרום־עובר שנוצר בעקבות הזרקת גרעיני תאים בוגרים של חולה לציטופלזמה של ביצית. המחקר כיום ממוקד בניסויים המכוונים ללמוד כיצד ניתן לגרום לתאי גזע עובריים בתרבית להתמיין לתאים הדרושים לריפוי, כגון תאי לבלב המפרישים אינסולין לשם טיפול בחולי סוכרת, תאי מוח המפרישים דופמין לטיפול בחולי פרקינסון, ואפילו תאים שיהיה אפשר להשתמש בהם לשם תיקון פגיעות בשריר הלב או במערכת העצבים. יתרונה הגדול של גישה זו טמון בכך שמבחינה חיסונית התאים הללו זהים לאלה של החולה שהגרעין נלקח ממנו. בזאת מתגברים על אחת הבעיות החמורות של השתלה מתורם זר - דחייה חיסונית. בהשתלות מתורם זר הכרחי כיום להשתמש בתרופות המדכאות את התגובה החיסונית. תרופות אלה גורמות להגברת רגישות החולה למחוללי מחלות זיהומיות ומסכנות אותו. יש להבהיר שכל אלה הן מטרות שעדיין נדרש מחקר מפרך וממושך בבעלי חיים, לרבות קופים, לפני שיהיה אפשר להגשימן בטיפול בבני אדם.

תהליכי התפתחות האדם נמשכים גם לאחר הלידה, והמחקר בוחן גם שלבים אלה של החיים. כך לדוגמה נמצא שבגורי חתולים וקופים, סגירת אחת העיניים לשבוע בלבד בחצי השנה הראשונה שלאחר ההמלטה תגרום לעיוורון באותה העין, בגלל פגיעה בקשר העצבי שבין הרשתית לאזור הראייה של קליפת המוח. מחקרים אלה הביאו לפיתוח טיפול בילדים הסובלים מ'עין עצלה' (amblyopia). ילדים אלה מטופלים כיום ברטייה הסוגרת עין אחת לסירוגין כדי לשמר את הראייה בעין הפגועה.

 

מחקרים בתורשה (גנטיקה)

 

ביות חיות המשק והבית אִפשר השבחה על ידי הרבעה מכוונת לשם קבלת זני חיות בעלי תכונות רצויות לאדם. גישה זו נקוטה גם במחקר ביולוגי בסיסי. בגידול חיות מעבדה לעתים מופיעות מעצמן מוטציות עצמוניות (ספונטניות) - שינויים כימיים במבנה ה־DNAשל גנים העוברים בתורשה ומשפיעים על המבנה של הצאצאים או על פעילותם. משתמשים בחיות כאלה שעברו מוטציות (מוטנטים), בדרך כלל בעכברים, כמודלים לחקר מחלות אדם וחיות אחרות ובהן סוכרת, השמנת יתר ומחלות ניווניות של מערכת העצבים.

גישות אחרות בחקר התורשה מבוססות על הכנסת שינויים בחומר התורשתי של חיות הניסוי כדי לעקוב אחר התהליכים המתרחשים בעקבות השינויים הללו. בניסויים מסוג זה (הנקראים forward genetics) ניתן לגרום להיווצרות מוטציות אקראיות, ומטרתם לזהות גנים שעדיין אינם מוכרים ולברר את התכונות הנקבעות על ידיהם. המוטציות יכולות להיווצר עקב קרינה מייננת, מתרכובות כימיות הגורמות למוטציות (מוטגנים) או מנגיפים המחדירים את ה־DNAשלהם לזה של החיה המודבקת. בכל המקרים הללו בודקים אם חלו שינויים בהתפתחות הצאצאים, במבנה שלהם ובפעילות הפיזיולוגית או בהתנהגות. איתור המוטציה בגן מסוים ובירור מיקומה מאפשרים את קביעתו של הגן כגורם לפגיעה. מיפוי רצפי ה־DNAשל אדם ומיני חיות רבים מאפשר איתור הרצפים האחראיים לפגיעה וזיהוים בחיות ובאדם.

עבודות מסוג זה נעשו עד העת האחרונה בזבובי התסיסה של פירות (דרוזופילה) ובתולעים נימיות (נמטודות, כיום בעיקר תולעת ממין Caenorhabditis elegansשאורכה כמילימטר אחד). מינים אלה קטנים, פוריים ובעלי מחזור חיים קצר מאוד, והם מאפשרים מחקרים תורשתיים בהיקף נרחב הכוללים אלפי פרטים. מחקרים מסוג זה סייעו להבנת ההתפתחות והפעילות של בעלי חיים ולזיהוי גנים החיוניים לתהליכים אלה. רבים מגנים אלה נמצאו משותפים ובעלי פעילות דומה גם בבעלי חיים אחרים, לרבות האדם. הדמיון במבנה הגנים ובתפקודם הוכח משהועברו גנים מסוימים של אדם לזבוב הפירות או לתולעת והצליחו לפעול במקרים רבים כמצופה. עבודות מסוג זה, הכוללות כיום גם עכברים, הוכיחו את היציבות של מבנה גנים מסוימים ופעילותם במהלך האבולוציה.

גישה נוספת הנקוטה במחקרי תורשה בעכברים, מבוססת על שינויים מכוונים בגנים מסוימים שפעולתם עדיין איננה ידועה (reverse genetics). השינויים הללו בחומר התורשתי מייצרים עכברים טרנסגניים. שינויים כאלה יכולים לגרום לביטוי יתר של גן (over-expression) עקב הכנסת עותקים נוספים של גן, השמטה (או השתקה) של גן (knock-out), או שינוי הגן בעקבות הכנסת שינוי מכוון ברצף ה־DNA (knock-in). שינויים אלה מועברים בתורשה ומאפשרים מחקר מפורט של תפקוד הגנים בחיות טרנסגניות והבנת תהליכי התורשה.

לעתים השמטה של גן פוגעת בתהליך התפתחות העובר וגורמת למותו. כיוון שגנים החיוניים להתפתחות העובר, דרושים לפעמים גם בשלבים מאוחרים יותר בחיי הבוגר, ולצורך אחר, פותחו שיטות מתוחכמות המאפשרות את הפעלת השינוי בגן בזמן הרצוי או רק בתאים מסוימים באמצעות מתן חומר מסוים או שינוי בחום הסביבה - השתקה מותנית (conditional knock-out) לפי מטרות הניסוי.

שינויים בגנום של צמחים וחיות ניסוי הביאו לחקר האפשרות ליצור מולקולות או תרופות הדרושות לטיפול רפואי, pharming. מקור המילה בצירוף המילים farming(חוואות) ו־pharmaceutical(תרופה). הרעיון הוא להשתיל גן של חלבון אנושי, הדרוש לשם טיפול בחולים החסרים את החלבון. מדובר באותם חלבונים שנכשלו הניסויים לייצרם בתרביות של חיידקים או תאים, המשמשים לצורך ייצור זה בדרך כלל. הכוונה להשתמש בחיות גדולות, כגון פרות, כבשים או עזים, ולמצות את החומר הדרוש מתוך החלב, נוזלי הגוף והדם שלהן.

תרופה ראשונה מסוג זה אושרה לשימוש בחולים באירופה ונמצאת בתהליכי בדיקה ואישור בארה"ב. התרופה, ATryn, מיוצרת בעזים טרנסגניות שהוכנס בהן הגן האנושי לייצור אנטיטרומבין, חלבון המונע קרישת דם ונוגד דלקות. יש להדגיש שכשלו ניסויים לייצר את החלבון האנושי הזה, וחלבוני דם חיוניים אחרים, בתרביות תאים. התרופה מיועדת לחולים שאינם מייצרים אנטיטרומבין בכמויות מספיקות, כדי למנוע יצירת קרישי דם מסכני חיים בניתוחים או בלידה.

 

מחקרים רפואיים בחיות

 

עד כה נסקר בקצרה התפקיד החיוני של מחקר בסיסי. הוא מונָע מסקרנות אנושית ומהשאיפה להבין את העולם שסביבנו, ההבטחות והסיכויים, כמו גם האיומים והסיכונים שהוא צופן בחובו לחיי האדם, בריאותו ורווחתו. אך גם בסקירה מסוג זה היה קשה להתעלם מהפירות של ניסויים בסיסיים אלה בהשגת אמצעים למניעת מחלות ופגיעות אחרות, שיפור הרפואה והטיפול באדם ובחיה.

בחלקי הפרק הבאים אתרכז במחקרים יישומיים בביו־רפואה, שמטרתם המוצהרת להבין את המנגנונים המעורבים במחלות אדם ובעלי חיים, לפתח תרופות וחיסונים ולמנוע את חשיפתם של יצורים חיים לגורמים מזיקים כגון רעלים וגורמים אחרים הפוגעים בסביבה המיידית של האדם בביתו וביישוביו, ומפרים את המאזן האקולוגי של הטבע.

 

בעלי חיים בחקר מחלות אדם

 

חקר גורמי המחלות (אטיולוגיה) והתחקות אחר מנגנוני התפתחות המחלה והתפשטותה בגוף (פתוגנזה) דרושים לשם מניעת המחלה או ריפויה. כידוע, ניתן למנוע מחלות באמצעות חיסון, או לרפאן על ידי טיפול באנטיביוטיקה, ולצמצם את נזקיהן בעזרת תרופות מדכאות דלקת או מפחיתות פגיעה ברקמות.

רוב המחלות הן מורכבות וכוללות פעולות גומלין בין מערכות תאיות ומולקולריות. לדוגמה, לעתים מחלות מעוררות תגובה חיסונית חריפה המגייסת לתהליך מערכות העלולות לגרום לנזק בכבד, או לדלקת בכלי הדם (vasculitis), הכליה (nephritis) או קרום המוח (meningitis). חקר תהליכים מסוג זה דורש שילוב של כמה גישות מחקר ובהן מודלים של המחלה בבעלי חיים, מחקרים רפואיים, חקר מגפות (אפידמיולוגיה) ודימות בבני אדם.

הסתייעות בבעלי חיים בתחום זה חיונית לבדיקת קשרי הגומלין בין מולקולות, תאים ורקמות, לבירור הסיבה והתוצאה בתהליך הפתוגני. לדוגמה, העברת המחלה מחיה לרעותה משמשת כאמצעי הטוב ביותר לקביעת מחולל המחלה, זיהויו ובידודו. כך הצליח רוברט קוך (Robert Koch, 1843-1910) להדביק עכברים בחיידקי גחלת (אנתרקס, anthrax) על ידי הזרקת דם פרות חולות. על הישגיו כאחד מחלוצי המיקרוביולוגיה המודרנית ועל מחקריו על גחלת ושחפת הוענק לקוך פרס נובל לרפואה ב־1905. מחקרים מסוג זה, שכללו גם ניסויים בבעלי חיים, הניבו חיסונים יעילים לשיתוק ילדים, חצבת, חזרת, אדמת, שפעת, צפדת (טטנוס), קרמת (אסכרה, דיפתריה), שעלת ועוד. באחרונה אושר לשימוש חיסון המונע את סרטן צוואר הרחם, הנגרם על ידי זנים מסוימים של נגיף (human papilloma virus). הגילוי ופיתוח שיטות אבחון ומניעה של דלקת כבד נגיפית מסוג C (hepatitis C) הושגו באמצעות ניסויים בשימפנזים לאחר שכשלו ניסויים בחיות מודל אחרות.

לניסויים בבעלי חיים תפקיד חשוב גם בגילוי ובהבנה של מחלות שאינן נגרמות על ידי חיידקים ונגיפים, ובהן מחלות אוטואימוניות (המערכת החיסונית מגיבה על חומרים או תאים שמטבעם נוצרים בגוף או נמצאים בו) כגון טרשת נפוצה (multiple sclerosis) ודלקת פרקים שגרונית (rheumatoid arthritis), מחלות של מערכת ההפרשה הפנימית (אנדוקרינית) כגון סוכרת, מחלות במערכת הרבייה (עקרות ופוריות נמוכה) ומחלות סרטניות.

 

השימוש בבעלי חיים שעברו שינויים גנטיים (טרנסגניים) בחקר מחלות

 

בדיון בטיבו של המחקר הבסיסי הוזכרה התרומה החשובה של חיות שהוכנסו בהן שינויים גנטיים מכוונים. לגישה זו יש תפקיד שחשיבותו הולכת וגדלה בחקר מחלות אדם ובעלי חיים. יש לזכור שמהלכן של כל המחלות מושפע במישרין או בעקיפין מן הגנום (מכלול ההרכב הגנטי של תא, פרט או מין של יצור חי) של הפרט. הדמיון הרב בהרכב הגנים של כל בעלי החיים, והשימור של רבים מן הגנים לאורך האבולוציה, מאפשרים לימוד והסקת מסקנות לעניין פעילותם ותפקודם בחיות ובבני אדם, בריאים וחולים. הידע שכבר הושג מוכיח כי ככל שהגנים חיוניים יותר, כך הם נוטים להשתמר יותר במהלך האבולוציה ולהיות דומים זה לזה מיצור ליצור.

בעוד זבוב התסיסה של פירות, תולעת נימית, דג הזברה והעכבר משמשים להבנת מנגנוני התורשה, עיקר המחקר של מחלות האדם ויונקים אחרים מתבסס על עכברים. ההתרבות המהירה של עכברים, והטכניקות היעילות הזמינות להכנסת שינויים גנטיים בהם, מקלות את המחקר בתחום זה. מבנה גופם ופעילותו דומים מספיק לאדם וליונקים אחרים כדי ללמוד מהם על השינויים בביטוי הגנים בתהליכי ההתפתחות ופעילות האיברים בבריאות ובחולי. הניסיון המצטבר הוכיח שניתן להפיק ממחקרים בעכברים מידע חשוב על השינויים בביטוי גנים באדם, גם כאשר התגובות של המודל בעכברים אינן זהות אלא רק דומות לאלה של האדם.

להלן כמה דוגמאות למודלים של מחלות אדם הנחקרות בעכברים טרנסגניים:

· האנזים גלוקוקינז דרוש לשם הפיכת הסוכר גלוקוז לגליקוגן הנאגר בתא כאשר רמת הגלוקוז בו גבוהה, וגם לשם פירוק הגליקוגן כאשר רמת הגלוקוז ירודה ופעילות התא תלויה בגלוקוז כמקור לאנרגיה. פעילות האנזים או פגיעה בו קשורות לצורות מסוימות של סוכרת. מוטציה בגן גלוקוקינז הביאה להתפתחות עכברים שניתן לחקור בהם את הקשר שבין המוטציה ובין התפתחות המחלה.

· בעכברים זוהה גן הגורם לפגיעה בשמיעה, והוא היה המודל הראשון שבו נבדקה חירשות. בהמשך נמצא הגן הזה גם באדם, ומוטציות בגן הזה קשורות באיבוד שמיעה.

· מחלות ניווניות של מערכת העצבים (נוירודגנרטיביות), כגון פרקינסון ואלצהיימר, נמצאו קשורות במוטציות מסוימות. אותן מוטציות, כשקרו בעכברים, גרמו לחלק מן השינויים המתרחשים גם בבני אדם החולים במחלות אלה. מחקרים בעכברים אלה צפויים לקדם את הבנת הפתוגנזה של המחלה ולסייע בפיתוח שיטות טיפול חדשות.

· עכברים טרנסגניים משמשים בחקר הסרטן לאיתור גנים ומוטציות המעורבים בתהליכי ההתפתחות של סוגי הסרטן באדם ולזיהוים. זאת ועוד, השוואה של גנום האדם והעכבר מאפשרת מציאת גנים שתוצריהם החלבוניים עשויים לשמש מטרות לפיתוח תרופות חדשות לסרטנים מסוימים.

 

השימוש בבעלי חיים בתעשיית התרופות (רוקחות, פרמצבטיקה)

 

תעשיית התרופות המודרנית עברה שינויים מפליגים מאז ייסודה כענף של התעשייה הכימית בשלהי המאה התשע עשרה. חקר התרופות התבסס בתחילתו על שימוש במודלים של בעלי חיים ששימשו במחקר הביולוגי הבסיסי לבחינת פעילותם של בעלי החיים (פיזיולוגיה). פעילות של חומרי טבע, שלעתים היו מוכרים ברפואה הקדומה או העממית כבעלי סגולות ריפוי, נבדקו בחיה השלמה תוך מעקב אחר השינויים הפיזיולוגיים שחוללו. גישות מסוג זה דרשו שימוש בבעלי חיים רבים, היו מסורבלות ובלתי יעילות. התרחבות המחקר בתחום הרוקחות במאה העשרים הצריכה שימוש גדל והולך בבעלי חיים. התרחבות הידע הביו־רפואי הבסיסי, בשנות השמונים של המאה העשרים, הביאה להמצאת שיטות חדשות לפיתוח תרופות ובדיקתן, שהתבססו על גישות מולקולריות, שימוש מתרחב במודלים מתמטיים ובתרביות תאים ורקמה. שיטות חלופיות אלה צמצמו במידה ניכרת את השימוש בבעלי חיים במחקר, או לפחות מנעו את הגברתו, למרות הגידול במספר התרופות שפותחו והדרישה של רשויות החוק לבדיקות מפורטות המחייבות גם ניסויים בבעלי חיים.

תהליך גילוי תרופות חדשות ופיתוחן עד אישורן לשימוש האדם כולל מספר רב של שלבים ונמשך בדרך כלל לפחות 10-15 שנים (ראו להלן טבלה 1 ואיור 1). אלה הם שלבי התהליך:

 

טבלה 1

תהליך גילוי תרופה ופיתוחה לקראת השקה

שלב

המטרה

תיאור

מספר התרכובות הנכנסות לשלב (ממוצע)

שימוש ממוצע בבע"ח בשלב

(ב־% מהסך הנדרש לפיתוח תרופה)

1

גילוי ובחירה של תרופות אפשריות

זיהוי מטרות התרופה

-

5-15

2

זיהוי תרופות אפשריות

1,000,000

3

אפיון תרופות מבטיחות

זיהוי תרופות מובילות

1,000

60-80

4

שיפור וייעול של תרופות מובילות

200

5

בדיקות בטיחות של התרופות הנבחרות

בחירת תרופות מועמדות

17

10-20

6

ניסויים רפואיים בבני אדם

I. בדיקת העיקרון

12

בדרך כלל אין צורך

II. בדיקת הרעיון

9

III. פיתוח לקראת השקה

2.2

7

IV. תמיכה ומעקב אחר תרופה משווקת

1

 

הטבלה מבוססת בעיקרה על דו"ח מועצת נפילד לביו־אתיקה וברשותה:

Nuffield Council on Bioethics (2005) The ethics of research involving animals, Table 8.1. London: Nuffield Council on Bioethics. The original version of this document was written in English. The accuracy of translation has not been confirmed by the Nuffield Council on Bioethics. Should it become necessary to check an authoritative version, the original document is available at: www.nuffieldbioethics.org/animal-research

 

1. זיהוי מטרה, מחלה שניתן לפתח לה תרופה. לשם כך נדרש מידע מספיק שינוצל לפיתוח התרופה, כגון הכרת גנים או חלבונים המעורבים במחלה והעשויים לשמש לה למטרה. המידע הבסיסי על הגנום של האדם, בעלי החיים וגורמי המחלות, הוא שמאפשר את היישום היעיל של גישה זו. לשם כך יעילים במיוחד חלבונים המכירים ומתקשרים באופן ייחודי למולקולות ספציפיות, קולטנים (receptors).

2. זיהוי תרכובות כתרופות אפשריות, המבוסס על ידיעות בעניין המבנה הכימי של החומר והאפשרות שהתקשרות התרופה לְחלבון המטרה תביא לריפוי המחלה או להקלתה. לשם כך משתמשים כיום בשיטות סקר בעלות תפוקה גבוהה (high-throughput screening) המאפשרות 'לסנן' מבין אלפי מולקולות את היחידות בעלות הסיכוי להיות מועילות. שיטות אלה מבוססות כיום על מודלים חישוביים להדמיית המבנה התלת ממדי של התרכובות, תרביות התאים והרקמה או מולקולות קולטנים אנושיים שהחליפו במקרים רבים ניסויים בבעלי חיים. כך ניתן לקבל כאלף מולקולות בעלות סיכוי לשמש תרופות מתוך כמיליון מולקולות אפשריות.

3. זיהוי תרכובות כתרופות המובילות ואפיונן. אפיון המולקולות המבטיחות נעשה באמצעות מערכות תאיות מסובכות יותר ובדיקות ברקמות של בעלי חיים ובני אדם בתרבית ובאמצעות ניסויים בבעלי חיים. מאות התרכובות שנבחרו בשלב 2 מצומצמות כעת לעשרות מובילות.

4. שיפור תרכובות מובילות. שינויים כימיים במולקולות הנבחרות משפרים את פעילותן המבוקשת. שלב זה כולל בדיקה מדוקדקת של תרופות מובילות מבחינת ספיגתן בגוף חיות הניסוי, יציבותן, משך פעילותן וטיב קליטתן בתאי המטרה, או באיברי המטרה, ואפיון פעילותן. זהו השלב הדורש ניסויים רבים בבעלי חיים - כ־80% מהחיות המשמשות לפיתוח תרופות. השימוש בעכברים טרנסגניים מאפשר את איתור הגן המעורב בפעילות התרופה. לאחר איתור הגן ניתן להשתמש בעכברים טרנסגניים שבהם הגן הושמט או בוטא ביתר (over-expressed) כמודלים ייחודיים לחקר המחלה ומציאת תרופה לה. כל אלה מאפשרים השגת תוצאות ממוקדות יותר וצמצום מספר בעלי החיים הדרושים לבדיקות אלה.

5. בחירת תרכובות לתרופות מועמדות ובדיקות בטיחותן הן שלב מכריע בהחלטה אם להמשיך בפיתוח התרופה ולהכינה לניסויים רפואיים (קליניים) בקרב מתנדבים. הוא כולל שיקולים שבסופו של דבר נדרשים מתרופה יעילה ובטוחה: יעילותה המצופה, הכמות הדרושה לפעילותה, הדרך לתתה - דרך הפה, בהזרקה או בהזלפה לווריד, ולבסוף היכולת לייצר את התרופה בכמויות הנדרשות ובמחיר סביר. זהו השלב שבו נעשים ניסויי בטיחות ורעילות בבעלי חיים. התפתחויות בתחום הבנת רעילותם של חומרים, פיתוח שיטות בדיקה בתרביות תאים ורקמות ומודלים חישוביים צמצמו את מספר בעלי החיים הנדרשים לניסויי בטיחות ורעילות. עם זאת, בדיקות רעילות בבעלי חיים נדרשות על ידי הרשויות לשם רישוי תרופות. שלב זה בפיתוח התרופות נזקק ל־5% עד 20% מבעלי החיים המשמשים לפיתוח תרופות (סקירה כללית על בדיקות רעילות תובא להלן).

ניסויי הבטיחות הנדרשים לפיתוח תרופות כוללים בדיקת ההשפעה של התרופה המיועדת על מערכת הלב וכלי הדם - בדיקת שינויים בלחץ הדם, בקצב פעימות הלב, בחום הגוף ורישום חשמלי של הלב (א.ק.ג). הנתונים נמדדים בדרך כלל בכלבים ערים באמצעות שיטות טלמטריות (מדידה ממרחק באמצעות משדר) או בכלבים מורדמים המחוברים למכשירי ניטור. כן נבדקת השפעת התרופה על מערכות גוף נוספות כגון העצבים, הנשימה והעיכול. נערכים גם מחקרים פרמקוקינטיים הכוללים בדיקת ספיגה, חילוף חומרים (מטבוליזם - השינויים החלים בחומר בגוף, פירוק או הפיכה לתרכובות אחרות) ודרכי הפרשת החומר או תוצריו מן הגוף.

המידע שהתקבל בניסויים בשלבים שנסקרו עד כה, הנקראים 'טרום־רפואיים' (pre-clinical), מאפשר הערכה של היחס שבין הבטיחות והיעילות המצופה מן התרופה, קביעת המינון שלה והדרך שבה תינתן. סיכומם מאפשר הגשת בקשה לרשות הממונה על רישוי תרופות לביצוע ניסויים רפואיים (clinical) מבוקרים בבני אדם. בישראל, משרד הבריאות ממונה על רישוי תרופות, ובארה"ב - ה־FDA (Food and Drug Administration) ובאיחוד האירופי - EMEA (European Medicines Evaluating Agency).

יש לציין שפיתוח חיסונים דורש תהליכים דומים של פיתוח ובדיקות יעילות ובטיחות. עם זאת, בהיות החיסונים מוצרים ביולוגיים, כל סדרת ייצור (אצווה) חייבת לעבור בדיקות אלה מחדש. בתרופות וטרינריות, המיוחדות למינים מסוימים של חיות, ניסויי היעילות והבטיחות נעשים במינים שהתרופה מיועדת להם.

6. ניסויים רפואיים בבני אדם כוללים מעקב אחר שינויים בגופם באמצעות מערך נרחב של בדיקות דם והפרשות, איתור שינויים פיזיולוגיים כגון שינויים בנשימה, בקצב פעילות הלב ובלחץ הדם, ומכשירי דימות ככל הנדרש. למותר לציין שכל הניסויים הרפואיים בבני אדם חייבים לקבל אישור מראש על ידי ועדות מוסדיות המיועדות לכך (בישראל הן מכונות 'ועדות הלסינקי' ופועלות בפיקוח משרד הבריאות. בארה"ב הן מכונות Institutional Review Boards, IRBובאנגליה - Research Ethics Committees). העקרונות שוועדות אלה פועלות לפיהם מבוססים על הצהרת הלסינקי של הארגון הרפואי העולמי (World Medical Association, WMA) משנת 1964, המעודכנת מפעם לפעם ותוקנה באחרונה בסאול באוקטובר 2008. עקרונות אלה נועדו להבטיח את שלום המשתתפים בניסוי ומותנים בהסכמתם לאחר שהוסברו להם כל הסיכונים האפשריים (הסכמה מדעת, informed consent). בישראל ניסויים אלה מוסדרים כיום בתקנות בריאות העם (ניסויים רפואיים בבני־אדם), התשמ"א-1980, ובנוהל משרד הבריאות (2006), המבוסס על תקנות אלה. חוק ניסויים רפואיים בבני אדם היה בתהליכי חקיקה בכנסת השבע עשרה, ומעמדו בכנסת השמונה עשרה עדיין לא נקבע בשעת הכתיבה (פרטים נוספים ראו אצל קן תשס"ז). ניסויים אלה נעשים בהדרגה בארבעה שלבים עוקבים (phases) (ראו להלן איור 1):

I. בדיקת העיקרון (principle) במספר קטן של מתנדבים בריאים (20-100 משתתפים). המטרה העיקרית בשלב זה היא לבדוק את בטיחות התרכובת ופעילותה בגוף האדם. בודקים כיצד המטופל סובל את החומר, אם החומר גורם להשפעות המצופות והרצויות, ומה הוא המינון הדרוש. כמו כן נבדקות תכונות פרמקוקינטיות של התרופה באדם, כגון מידת ספיגתה בגוף, השפעת חילוף החומרים שלו - פירוק התרופה או הפיכתה לחומרים אחרים וכן קצב ההפרשה מן הגוף ודרך ההפרשה. לסיכומו של דבר, שלב זה קובע אם יש לחומר תכונות המצדיקות את פיתוחו לתרופה.

II. בדיקת הרעיון (concept) במספר קטן של חולים (100-150 משתתפים) שהתרופה מיועדת לטיפול במחלתם. מטרת שלב זה לבדוק את הבטיחות והיעילות של התרופה ולקבוע את המינון ואת אופן מתן התרופה בשלבי המחקר הבאים.

III. פיתוח להשקה באמצעות ניסויים רפואיים בקנה מידה נרחב בחולים מתנדבים (500-5,000 משתתפים), בדרך כלל בכמה מרכזים רפואיים שבהם יעילות התרופה נבדקת לעומת תרופת אין־בו (placebo), כלומר תרופה הנראית כמו התרופה הנבדקת או תרופה שכבר נמצאת בשימוש וניתנת באותה הדרך. בדרך כלל ניסויים אלה הם כפולי סמיות (double blind): הרופאים המטפלים, כמו גם הנבדקים, אינם יודעים מי מקבל את התרופה, כדי למנוע הטיה סובייקטיבית, ולו בלתי רצונית, של התוצאות.

ההיקף של ניסויי השלבים IIו־IIIהופך אותם לשלבים היקרים והמכריעים בפיתוח תרופות. הם מאפשרים איתור קבוצות באוכלוסייה שהתרופה מועילה להן יותר או פחות או מסכנת אותן. בניסוי הנרחב ניתן לגלות סיכונים נדירים יחסית של התרופה (עד אחד לאלף). לשם איתור סיכונים נדירים יותר (פחות מאחד לאלפיים ומטה) נדרש מספר גדול יותר של נבדקים, והם מתגלים רק שנים אחדות לאחר השקת התרופה והפצתה לקהל הרחב.

בשלבי הניסויים הרפואיים I-IIIלעתים נדרשים ניסויים נוספים בבעלי חיים, בתיאום עם הוועדות המוסדיות והרשויות לרישוי תרופות. בסופם של הניסויים הטרום־רפואיים והרפואיים הם מסוכמים ומוגשים לרשויות לרישוי תרופות לבדיקה ולאישור, תהליך שנמשך כשנה וחצי.

7. השקת התרופה ושיווקה אפשריים רק לאחר אישורה ורישומה על ידי הרשויות הממונות בכל אחת מן המדינות. שיווק התרופה מלווה בניסויים רפואיים ובמעקב:

IV.תמיכה בתרופה המשווקת. לאחר שיווק התרופה, המעקב אחריה מאפשר איתור סיכונים נדירים או הנובעים מחשיפה ממושכת של חולים לתרופה, וכן השפעות בין־תרופתיות אפשריות. בעקבות המעקב תיתכן הגבלת התרופה באוכלוסיות מסוימות. מעקב זה מאפשר גם לשפר את המינונים ואת אופן מתן התרופה. בה בעת ניתן לאתר מחלות נוספות שניתן לשפר את הטיפול בהן בעזרת התרופה.

 

איור 1

סיכום תהליך גילוי תרופות ופיתוחן ותהליכי האישור הדרושים

 

 

* המספרים מציינים את השלבים המתוארים בטקסט

 

השימוש בבעלי חיים לבדיקות בטיחות ורעילות

 

כבר בימי קדם השתמשו בבעלי חיים כדי לבדוק את בטיחותם של מזונות לבני אדם ולוודא שאינם רעילים או מורעלים. במאה העשרים עדיין השתמשו באנגליה ובארה"ב בכנריות ('כנריות המכרות') לשם אזהרה מפני הצטברות גזים רעילים (פחמן חד־חמצני, COוחנקן חד־חמצני, NO) במכרות פחם. אין פלא אפוא שלבעלי חיים מקום חשוב, גם כיום, במחקר ובבדיקות הבטיחות והרעילות של חומרי טבע וחומרים שנוצרו בידי האדם. מטרת בדיקות אלה לקבוע את מידת הסיכון והרעילות של חומרים לאדם ולחיה, לסביבה בכלל ולאיכות האוויר ולמקורות המים בפרט.

יש לציין שבדיקות בטיחות ורעילות של תרופות מהוות כ־16% מכלל הניסויים בבעלי חיים, רוב רובם (כ־13% מאלה) לפי דרישת רשויות הפיקוח והרישוי הממונות על כך (הנתונים מבוססים על דוח משרד הפנים - Home Office- הבריטי לשנת 2003, וקרוב לוודאי שהם משקפים את המצב בארצות מפותחות גם כיום). (על השלבים בפיתוח תרופות ראו לעיל.)

בעבר הלא רחוק נעשתה המשימה של רישום חומרים רעילים ומסוכנים בכל מדינה כשלעצמה ולפי תקנים וקני מידה שהשתנו מארץ לארץ, ואילו כיום מתחזקת המגמה לאחד את התקנים ולהשתמש בקריטריונים אחידים לבדיקה ולרישוי של חומרים. התהליך בא לידי ביטוי בהחלטה של הארגון לשיתוף פעולה ולפיתוח כלכלי (OECD) לקבוע שיטות בדיקה מוסכמות בכל 34 המדינות החברות בו וקבלה הדדית של תוצאות ביניהן. המהלך עשוי לצמצם מאוד את מספר הניסויים הנדרשים, וחשוב עוד יותר לענייננו - לצמצם את מספר החיות הנדרשות לניסויים אלה. מגמות אלה של סטנדרטיזציה (תִקנון) באו לידי ביטוי באיחוד האירופי (European Union, EU) ביצירת ארגון משותף לרישום כימיקלים, הערכתם, רישוים והגבלתם (Registration, Evaluation, Authorization, and Restriction of Chemicals, REACH). עם זאת, מגמות אלה של REACHלסטנדרטיזציה הביאו לידי הדרישה לבדוק בניסויים בבעלי חיים מספר גדול מאוד של חומרים כימיים שכבר נמצאים בשימוש. כן נקבעו כללים לניסויים הנדרשים לרישוי תרופות, קוטלי יצורים חיים (biocides), כמו קוטלי צמחים וחרקים. תקנון אחיד ומתואם בבדיקת תרופות נעשה באמצעות ארגון בינלאומי (The International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use, ICH).

בדיקות בטיחות של כימיקלים שאנשים וחיות עשויים להיחשף להם, הכלולים למשל בתרופות, בחומרי ניקוי ורחצה, בדשנים, בחומרי הדברה ובתעשייה, נעשות בראש ובראשונה במכרסמים אך גם בארנבות, בכלבים ולעתים גם בקופים ירודים.

חלק מהניסויים האלה כוללים בדיקת רעילות בחשיפה חד־פעמית (acute toxicity test) חיצונית על ידי מגע החומר בעור או בעיניים, או פנימית (systemic) לאחר אכילה של החומר, שתייתו או הזרקתו. בדיקות של חשיפה חד־פעמית נעשות בחומרים תעשייתיים וחקלאיים כדי למיינם לקבוצות סיכון המחייבות סימון וטיפול ייחודיים, והן מתאימות רק לחומרים המוגבלים לשימוש תוך נקיטת אמצעים נאותים להגנת העובדים בהם ולהגנת הסביבה.

חומרים שהחשיפה אליהם נרחבת יותר, והמיועדים לשימוש במשק הבית, בתעשיית המזון ובתעשיית התרופות, חייבים לעבור בדיקות נרחבות יותר הכוללות גם חשיפות חוזרות לחומר ומעקב ממושך יותר אחר השינויים העשויים להתרחש עקב החשיפה הצפויה של בני אדם. מטרת ניסויים אלה לזהות רעילות המתגלית רק לאחר חשיפה ממושכת, לאתר את האיברים הרגישים ואת הפעילויות הנפגעות ולקבוע את מנת החומר העשויה לגרום נזק. בדיקות מסוג זה נעשות בכמה מינים של בעלי חיים כדי לאפשר הערכה של הסיכון האפשרי בעקבות חשיפת בני אדם לחומר.

סקירות ראשוניות של השפעת כימיקלים על החומר התורשתי, ה־DNAוהכרומוזומים, נעשות כיום במבחנה ביצורים כגון שמרים ובקטריות או תאי יונקים, בדרך כלל בשיטות שתפוקתן גבוהה. אלה מאפשרות צמצום הניסויים בבעלי חיים רק להכרחיים שבהם, למשל כדי לקבוע אם החומרים הרעילים עלולים להגיע לתאים או לרקמות הרגישות בחיה השלמה. ניסויים אלה כוללים בדרך כלל בדיקת הופעת 'שברי גרעינים' (micronuclei) בתאי מוח עצם של עכברים לאחר הזרקת החומר. בהמשך נבדק במעקב ממושך אם החומר מסרטן (קרצינוגני) בחולדות ועכברים. המעקב נמשך לאורך כל חיי החיה הנבדקת - כלומר כשנתיים.

חשובה ביותר בדיקת ההשפעות של חומרים על תהליכי הרבייה והתפתחות העובר. היקף הבדיקות הנדרשות מותאם למידת החשיפה הצפויה של אנשים לחומר בתקופה העוברית, בינקות, בתקופת הילדוּת או בתקופת הפוריות או ההיריון של ההורים.

בניסוי המוגבל ביותר בודקים את השפעתה של חשיפה חוזרת לחומר במשך 28 ימים על הפוריות והתפתחות הצאצאים של עכברים או חולדות אלה. בדיקה מעמיקה יותר של השפעת חומר על התפתחות העובר כוללת חשיפה של חולדות או ארנבות הרות לחומר.

ניסוי מעמיק ונרחב יותר כולל בדיקת ההשפעה על הרבייה במשך שני דורות. בניסוי זה הטיפול בחומר הנבדק מתחיל לפני ההתבגרות המינית ונמשך בבוגרים עד זיווג והיריון. הנקבות ההרות ממשיכות לקבל את הטיפול עד גמילת היילודים. לאחר הגמילה, היילודים מתחילים לקבל את החומר הנבדק עד בגרותם המינית וקבלת דור שני של צאצאים. ניסויי רעילות הכוללים חשיפה ממושכת, או בדיקת הנזק לצאצאים, או חשיפה לגורמים מסרטנים, נמשכים במקביל לשלבים הראשונים של ניסויים רפואיים (ראו לעיל איור 1). ככלל, היקף הבדיקות תלוי בשימוש המיועד בחומר, באוכלוסייה שהתרופה מיועדת לה ובדרישות של גופי הרישוי והפיקוח.

חשיבותם של ניסויים מסוג זה הובנה בעקבות המקרה הטרגי של התלידומיד. תרופה זו פותחה באירופה בשנות החמישים של המאה העשרים, ואושרה בה לשימוש כמשכך כאבים על סמך מבחני רעילות בבעלי חיים (שלא כללו גם חיות בהיריון!). התכשיר נמכר באירופה לכל דורש, בלי צורך במרשם רופא. משהוכנס לשימוש, טופלו בו גם נשים רבות בתחילת הריונן לשם הקלת 'בחילות הבוקר' של תחילת ההיריון. ד"ר פרנסס קלסי (Frances O. Kelsey, 1914) מרשות המזון והתרופות בארה"ב (FDA) לא הסתפקה בתוצאות הניסויים שנעשו באירופה וסירבה לאשר את השימוש בתרופה בארה"ב. היא הוטרדה מדיווחים שארנבות שהתכשיר נוסה בהן פיתחו הפרעות בעצבים היקפיים, שנקשרו במחקרים אחרים עם הפרעות בהתפתחות איברים גרמיים. ב־1961 הודיע הרופא האוסטרלי ויליאם מקברייד (William G. McBride, 1927) בעיתון הרפואי הבריטי The Lancet, כי לנשים שהשתמשו בהריונן בתלידומיד נולדו יילודים פגועי גפיים. אכן, נשים רבות שהשתמשו בתלידומיד במהלך הריונן ילדו בין השנים 1957 ו־1961 תינוקות פגועי גפיים (כ־10,000). פגיעות התלידומיד אירעו בעיקר במדינות אירופה ודרום אמריקה, שבהן נמכרה התרופה בחופשיות, ופחות בארה"ב, שבה ה־FDAלא אישר אותה לשימוש. הנשים והיילודים שנפגעו בארה"ב נחשפו לחומר בהיותם מחוצה לה, או שהאימהות קנו לעצמן את התרופה בארצות שבהן התלידומיד אושר להפצה. ד"ר קלסי, שמנעה את אסון פגיעת התלידומיד בהיקף נרחב בארה"ב, קיבלה מהנשיא ג'ון קנדי את אות השירות המצוין בשנת 1962 ופרשה מ־FDAלגמלאות בגיל 90.

ניסויים מאוחרים יותר בחיות הרות אישרו את הפגיעה בעוברי עכברים, חולדות, ארנבות, אוגרים וקופים. מקרה התלידומיד, המוצג לעתים כעדות לחוסר התועלת שבניסויים מוקדמים בבעלי חיים, הוא למעשה הוכחה דווקא לצורך בניסויים מסוג זה, אלא שהם חייבים להיות יסודיים, נרחבים ומעמיקים. כל חיסכון בחיי בעלי חיים עלול להביא לנזק בל ישוער ולסבל אנושי. יש להדגיש שבעקבות לקח התלידומיד, הרשויות לאישור תרופות זהירות הרבה יותר, ודורשות ביצוע ניסויים נרחבים בכמה מיני בעלי חיים כפי שתואר לעיל.

 

השפעות סביבתיות

בניסויים שתוארו עד כה הודגשו ההשפעות הישירות על בריאות האדם ורווחתו. עם זאת, יש להזכיר שלחומרים שבשימוש האדם ולתוצריהם עלולה להיות השפעה הרסנית על הסביבה ועל בעלי החיים שבטבע (רעילות סביבתית, ecotoxicity). מתברר שדגים ודו־חיים הם המינים הרגישים ביותר לחומרים כאלה. כך לדוגמה במיני דגים רבים קביעת המין (זוויג, sex) איננה מוחלטת לכל משך החיים, ויכולה להשתנות בעקבות תנאים חיצוניים או בהשפעת חומרים, לעתים קרובות בעלי פעילות סטרואידית, שבמים. מזהמים בעלי השפעות של הורמונים, או בולמי הורמונים, נקראים 'משבשים אנדוקריניים' (endocrine disruptors). בשנים האחרונות נרשמה ירידה תלולה במספר הדו־חיים, כגון צפרדעים, קרפדות וסלמנדרות, ברחבי העולם ובארץ. חלק מירידה זו ניתן לזקוף לצמצום שטחי השלוליות וברכות המים הטבעיות, שבהן מוטלות הביצים ומתפתחים הראשנים, בגלל בנייה ויישוב, אולם חלק מן התופעה מיוחס להצטברות של חומרים במקווי המים הפוגעים במיני דו־חיים ובפוריותם. לכן נעשים כיום ניסויי בטיחות ורעילות של חומרים במיני דגים ודו־חיים. בניסויים אלה נבדקות, בין השאר, השפעות החומרים על הרבייה והפוריות. הלשכה להגנת הסביבה של ארה"ב (The Environmental Protection Agency, EPA) החליטה ב־2009 לחייב בדיקת פעילות אפשרית של קוטלי עשבים כמשבשים אנדוקריניים.