Modelos imperfectos

En 2012, una estudiante de primaria llamada Clara Lazen construyó accidentalmente una molécula que nadie había descrito antes. No estaba en un laboratorio rodeada de matraces ni utilizando sofisticados instrumentos científicos. Lo hizo en su aula, conectando bolas y varillas que representaban átomos y enlaces químicos. Aquella estructura llamó la atención de su profesor y, tras ser analizada por químicos profesionales, se comprobó que correspondía a un compuesto hipotético viable, bautizado posteriormente como tetranitratoxicarbono. La historia resulta interesante por muchos motivos, pero especialmente porque ilustra una de las herramientas más importantes de la ciencia: los modelos. Las bolas y varillas que utilizó Clara no eran átomos reales. Eran una representación simplificada de la realidad que permitía visualizar algo invisible a nuestros ojos.

La ciencia está llena de modelos. Algunos son tan sencillos como aquellos utilizados en una clase de química. Otros son tan complejos como los modelos computacionales empleados para predecir el tiempo atmosférico, diseñar nuevos fármacos o estudiar la evolución del clima. En biomedicina, además, utilizamos modelos celulares, organoides, órganos en chip y animales de experimentación para intentar comprender cómo funcionan las enfermedades y cómo podemos tratarlas.

Como investigadora biomédica, llevo años trabajando con distintos modelos experimentales. Y quizá una de las lecciones más importantes que he aprendido es que ningún modelo es perfecto. De hecho, su utilidad no está en reproducir fielmente la realidad, sino en simplificarla lo suficiente para que podamos estudiarla, sin perder el sentido biológico. Sin embargo, en los últimos años he observado cómo uno de esos modelos, el animal, se ha convertido en objeto de un intenso debate social. En ocasiones, incluso de una demonización que simplifica una cuestión mucho más compleja de lo que parece a primera vista.

 

La búsqueda del modelo perfecto

Desde hace décadas, los investigadores intentamos desarrollar alternativas a la experimentación animal. Los avances han sido enormes. Hoy disponemos de cultivos celulares tridimensionales, organoides derivados de células madre,sistemas microfluídicos conocidos como órganos en chip y modelos computacionales capaces de analizar cantidades ingentes de datos biológicos e incluso de simular experimentos con modelos matemáticos. Estos sistemas han revolucionado la investigación biomédica: permiten estudiar procesos que antes eran inaccesibles, reducir costes, acelerar experimentos y disminuir el número de animales utilizados en investigación. Sin embargo, todos ellos comparten una limitación fundamental: representan únicamente una parte de la realidad.

Un cultivo celular permite estudiar el comportamiento de un tipo celular concreto, pero carece de la compleja interacción con otros tejidos. Un organoide (conjunto de células de un órgano cultivadas juntas para simular el propio órgano) puede reproducir algunas características de un órgano humano, pero no cuenta con un sistema inmunitario completo, ni con la estructura ni con las características del órgano. Un algoritmo puede identificar patrones ocultos en grandes bases de datos, pero solo puede trabajar con la información que recibe.

Pero la biología humana es extraordinariamente compleja. Ningún órgano funciona de manera aislada. El hígado, por ejemplo, se comunica constantemente con el intestino, el sistema inmunitario, el tejido adiposo, el cerebro y muchos otros órganos. Las hormonas, los nutrientes, los microorganismos intestinales y el entorno influyen simultáneamente en su funcionamiento. Reproducir toda esa complejidad fuera de un organismo vivo sigue siendo, al menos por ahora, una tarea imposible. Y precisamente por eso los modelos animales continúan ocupando un lugar importante en la investigación biomédica.

 

¿Por qué seguimos utilizando animales?

Existe la percepción de que los animales son una herramienta obsoleta que podría sustituirse en los próximos años por métodos alternativos. La realidad científica es bastante diferente y mucho más compleja. Antes de que un medicamento pueda administrarse a seres humanos, es necesario demostrar que tiene una probabilidad razonable de ser seguro. Nadie aceptaría participar en un ensayo clínico de un compuesto cuya toxicidad, distribución en el organismo o efectos secundarios fueran completamente desconocidos. Y mucho menos se aprobaría por una agencia reguladora de medicamentos. Los estudios preclínicos sirven precisamente para responder a estas preguntas.

Aunque los requisitos específicos varían según el tipo de medicamento, las agencias reguladoras exigen estudios de seguridad y eficacia antes de autorizar ensayos clínicos en humanos. Estos estudios suelen incluir modelos animales, habitualmente una especie roedora y otra no roedora (que suele ser otro mamífero). Esto no significa que todos los medicamentos se prueben en primates. De hecho, el uso de macacos y otros primates no humanos se ha reducido considerablemente y actualmente se reserva para situaciones muy concretas en las que no existen alternativas científicamente válidas. La inmensa mayoría de los estudios utilizan ratones, ratas u otras especies que permiten responder a preguntas biológicas específicas, como minipigs, conejos, o perros, según el objetivo del estudio.

A veces olvidamos que los tratamientos que hoy consideramos rutinarios fueron posibles gracias a décadas de investigación en modelos animales. Las vacunas, los antibióticos modernos, los trasplantes de órganos, numerosos tratamientos contra el cáncer, los fármacos cardiovasculares o las terapias para enfermedades crónicas se desarrollaron mediante una combinación de estudios celulares, modelos animales y ensayos clínicos. Ninguno de estos modelos, por sí solo, habría sido suficiente.

 

Una cuestión ética legítima

Reconocer la importancia de los modelos animales no implica ignorar los dilemas éticos asociados a su uso. La preocupación por el bienestar animal es legítima y necesaria. De hecho, precisamente esa preocupación ha impulsado importantes cambios en la investigación biomédica en las últimas décadas. Existe la falsa impresión de que los investigadores pueden utilizar animales sin apenas supervisión. La realidad es muy distinta. Actualmente, los proyectos que implican animales deben superar múltiples evaluaciones éticas y científicas antes de obtener la autorización. Los investigadores están obligados a justificar por qué el uso de animales es necesario, por qué no existen alternativas adecuadas y cómo se minimizará cualquier posible sufrimiento. Además, la legislación establece requisitos estrictos sobre alojamiento, cuidados veterinarios, formación del personal y procedimientos experimentales. Ningún investigador puede simplemente decidir utilizar animales porque le resulte más cómodo. Tampoco cualquier investigador puede hacer los experimentos con animales sin una formación específica adecuada, independientemente de su formación profesional o universitaria.

Gran parte de la investigación actual se guía por un principio conocido como las tres erres: reemplazar, reducir y refinar.  La primera es el reemplazo: utilizar métodos alternativos siempre que sea posible. La segunda es la reducción: emplear el menor número de animales necesario para obtener resultados fiables. La tercera es el refinamiento: diseñar procedimientos que minimicen el dolor, el estrés y el sufrimiento. Estos principios no son una moda reciente. Llevan más de sesenta años formando parte de la reflexión ética sobre la investigación animal y actualmente están integrados en la normativa europea y en la práctica científica cotidiana. Cuando se desarrolla un nuevo modelo celular capaz de sustituir una parte de los experimentos realizados en animales, la comunidad científica suele recibirlo con entusiasmo, precisamente porque cualquier alternativa válida representa un avance tanto científico como ético.

 

El riesgo de las soluciones simples

Los debates públicos suelen sentirse atraídos por respuestas sencillas. Sin embargo, la realidad rara vez lo es. Afirmar que la experimentación animal debería desaparecer inmediatamente puede resultar atractivo desde una perspectiva emocional. Pero también obliga a responder una pregunta incómoda: ¿qué hacemos mientras tanto?

Si elimináramos hoy todos los estudios en animales, ¿cómo evaluaríamos la seguridad de nuevas terapias contra el cáncer? ¿Cómo estudiaríamos enfermedades neurodegenerativas complejas? ¿Cómo analizaríamos los efectos sistémicos de un nuevo tratamiento metabólico? ¿Cómo comprobaríamos que una terapia génica no produce efectos inesperados en distintos órganos? 

Por supuesto, la investigación debe seguir avanzando hacia métodos alternativos cada vez más sofisticados. Y probablemente llegará un momento en que muchas de las funciones actualmente desempeñadas por los modelos animales puedan sustituirse por sistemas experimentales más precisos. Pero confundir ese objetivo futuro con la situación actual puede tener consecuencias importantes. La ciencia no avanza mediante deseos. Avanza mediante evidencias.

 

Cuando el modelo no es la realidad

Quizá la lección más importante que nos enseñan todos los modelos científicos es que ninguno de ellos coincide completamente con la realidad que intenta representar. Un ratón no es un ser humano. Un organoide no es un órgano. Un algoritmo no es un paciente. Sin embargo, todos ellos nos permiten comprender aspectos concretos de fenómenos enormemente complejos. El error aparece cuando olvidamos sus limitaciones. Cuando asumimos que un resultado obtenido en un ratón será necesariamente idéntico en una persona. Cuando creemos que un modelo computacional puede sustituir completamente la experimentación biológica. O cuando pensamos que una tecnología emergente resolverá por sí sola todos los problemas de la investigación biomédica. La historia de la ciencia demuestra justamente lo contrario. Cada nuevo modelo aporta información valiosa, pero también genera nuevas preguntas y revela nuevas limitaciones.

Quizá resulte paradójico, pero la ciencia progresa gracias a modelos imperfectos. Las bolas y varillas de Clara Lazen no eran átomos reales. Los modelos moleculares utilizados por Watson y Crick tampoco eran ADN auténtico. Los cultivos celulares, los organoides, los algoritmos y los animales de laboratorio tampoco reproducen completamente la complejidad de un organismo humano. Y, sin embargo, todos ellos han contribuido a algunos de los mayores avances científicos y médicos de nuestra historia. El objetivo de la investigación biomédica debería seguir siendo desarrollar alternativas que reduzcan progresivamente la necesidad de utilizar animales y mejoren la capacidad de reproducir la biología humana. Esa dirección no admite discusión. Pero también debemos reconocer una realidad incómoda: hoy en día todavía necesitamos modelos animales para responder muchas preguntas que ningún otro sistema experimental puede abordar por sí solo. Probablemente llegará un momento en que la tecnología permita sustituirlos completamente. Ojalá sea así. Sin embargo, fingir que ese momento ya ha llegado no acelerará el progreso científico ni mejorará la protección de los pacientes. Porque, al fin y al cabo, los modelos científicos no son copias exactas del mundo. Son herramientas que nos ayudan a entenderlo. Y mientras seguimos construyendo modelos mejores, debemos ser capaces de distinguir entre lo que nos gustaría que fuera cierto y lo que las evidencias nos muestran hoy.

En colaboración con #Polivulgadores @hypatiacafe en su edición de junio #PVmodelos