Un gusano para reducir los experimentos con animales

Con un patrimonio genético que es entre 60 y 70% idéntico al del ser humano, el gusano C. elegans permite dar respuesta a muchas de las preguntas sobre el desarrollo y el envejecimiento de un organismo complejo. Heiti Paves

Cada año, más de 100 millones de animales son utilizados en experimentos científicos en el mundo entero. Dos jóvenes investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EFFL) han desarrollado un equipo para realizar pruebas automatizadas y a gran escala con un pequeño gusano, lo que permite reducir considerablemente los ensayos con ratones y otros animales vertebrados.

Su nombre científico es Caenorhabditis elegans – “C. elegans” para los amigos – es decir, para miles de investigadores que utilizan a este pequeño animal en sus investigaciones. Es fácil de conseguir: el gusano de la familia de los nematodos (gusanos redondos) está omnipresente en la tierra, pero es difícil de ver: su apariencia es transparente y mide apenas un milímetro de largo.

Pese a su minúsculo tamaño, este organismo es uno de los grandes protagonistas de la investigación científica desde hace medio siglo. El C. elegans ha sido objeto de tres premios Nobel (medicina, psicología y química). Uno de ellos, concedido al sudafricano Sydney Brenner, que está considerado como uno de los padres de la biología molecular y de la genética. Fue el primer científico que comprendió, en los años 60, el extraordinario potencial de este anélido. Tras 20 años de investigaciones con el gusano C. elegans, Brenner logró revolucionar el conocimiento que existía sobre el funcionamiento de los seres vivos, demostrando que los genes regulan el desarrollo y la muerte de las células.

Laurent Mouchiroud (izqda), doctor en Biología por la Universidad de Lyon, llegó a la EPFL en 2010 para un postdoctorado sobre el proceso de envejecimiento de los organismos. Tras licenciarse en Ingeniería Física en la Universidad Politécnica de Turín, Matteo Cornaglia (dcha) obtuvo un máster internacional en Nanotecnología y un doctorado en Microsistemas en la EPFL. swissinfo.ch

“Elegir el organismo correcto es tan importante en una investigación como enfocar acertadamente el problema que se quiere resolver”, dijo Sydney Brenner al recibir el Premio Nobel en el año 2002Enlace externo. En los años 90, el C. elegans se convirtió en el primer organismo vivo cuyo perfil genético fue trazado por completo, abriendo nuevas vías de secuencia para el genoma humano. Hoy en día, este nematodo es uno de los modelos experimentales más usados en la investigación celular genética en todos laboratorios del mundo entero.

Reducir el sufrimiento animal

Pero los éxitos del C. elegans aún tienen muchas páginas por escribir. Laurent Mouchiroud y Matteo Corgnalia, dos jóvenes investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), están convencidos de que este invertebrado, desprovisto de un sistema nervioso central, podrá contribuir en gran medida a reducir el número de experimentos realizados con ratones, ratas y otros animales vertebrados, que en algunas ocasiones viven sufrimientos indecibles.

En Suiza, como en el resto de los países europeos, los experimentos con animales están estrictamente regulados. Se autorizan exclusivamente cuando no existe otro método alternativo y debe cumplirse con el Principio de las 3RsEnlace externo: remplazar (investigar antes si no hay otros métodos), reducir (el número de animales) et refinar (intentando causar el menor estrés posible a los animales). Estas reglas permitieron reducir a la mitad el número de experimentos realizados con animales entre 1980 y 1990. Sin embargo, estas cifras han cambiado poco durante las últimas dos décadas.

Cada año, se utilizan más de 500 000 animales vertebrados en experimentos en Suiza. El 40% de ellos, en intervenciones y prácticas con un grado de gravedad 0, es decir, en ensayos que no les causan sufrimiento, heridas o miedo.

Pese a las justificadas críticas de los militantes de las causas animales, las experiencias con seres vivos aún son indispensables para garantizar la seguridad de los pacientes. En Suiza, por ejemplo, cada nuevo producto terapéutico o químico debe probarse previamente en organismos vivos para detectar los efectos negativos que podría tener en el ser humano. La nueva evidencia indica que la mayoría de las investigaciones podrían realizarse usando nematodos invertebrados, que son animales que no experimentan dolor alguno.

“El C. elegans es un organismo extremadamente simple, pero nos permite responder a las preguntas fundamentales porque contiene elementos de materia viva que están presentes en todos los organismos de la Tierra. Tiene solo 959 células, pero su perfil molecular y genético es muy parecido al del ser humano, entre el 60 y el 70% de su genoma es idéntico al nuestro. Esto lo convierte en un modelo biológico perfecto para estudiar los fenómenos complejos a partir de un enfoque simplificado”, explica el biólogo Laurent Mouchiroud.

Ventajas claras

Con dimensiones microscópicas y una esperanza de vida de dos semanas en promedio, los nematodos presentan numerosas ventajas frente a los vertebrados cuando se realizan experimentos. Por ejemplo, cuando los estudios se realizan en animales vertebrados, hay que esperar varios meses para conocer los resultados de una investigación y para responder a las preguntas de los científicos. Esto implica elevados costos y la necesidad de tomar múltiples precauciones relacionadas con los experimentos.

En el caso del gusano, “es un organismo no patógeno que no requiere de un hospedador para crecer. Vive principalmente en la tierra y se alimenta de las bacterias. Además, es hermafrodita, lo que significa que cada individuo procreará más de 300 crías en un lapso de cuatro días. Por ello, en unos cuantos días tendremos una gran población que, además, es homogénea desde el punto de vista genético. Y dado su tamaño, puede almacenarse fácilmente en grandes cantidades en incubadoras», añade Laurent Mouchiroud.

Pero los experimentos con gusanos también tienen límites. Las manipulaciones siempre deben realizarse de forma manual y respetan protocolos que datan de los años 60. En 2014, Laurent Mouchiroud y Matteo Cornaglia decidieron combinar sus conocimientos para desarrollar un dispositivo capaz de criar y alimentar de forma automática a los gusanos. El biólogo Mouchiroud llegó a la EPFL para realizar una investigación postdoctoral sobre envejecimiento celular, mientras que el ingeniero físico Cornaglia se doctoró en sistemas también en este centro universitario.

Laurent Mouchiroud muestra un prototipo de máquina desarrollado por Nagi Bioscience para realizar experimentos a gran escala con C elegans. RTS-SWI

De esta colaboración nació Nagi BioscienceEnlace externo, una empresa derivada (spin-off)de la EPFLEnlace externo. Y para financiar las investigaciones, la EPFL está proponiendo su dispositivo a laboratorios del mundo entero. “Gracias a nuestra tecnología, los operadores ya no necesitan alimentar, transferir y dar seguimiento a cada gusano en el microscopio. Los nematodos son encapsulados en cámaras microfluídicasEnlace externo donde son alimentados automáticamente por un dispositivo que también es capaz de inyectarles medicamentos o sustancias tóxicas de forma controlada y con una concentración constante”, detalla Matteo Cornaglia.

Supervisión a tiempo real

Esta máquina permite estandarizar y multiplicar las investigaciones, añade el especialista en microsistemas. «Podemos ajustar las condiciones de vida de los gusanos de forma uniforme, por ejemplo, con respecto a la alimentación y el crecimiento, y probar hasta 90 sustancias en paralelo con la misma máquina, lo que es prácticamente imposible de forma manual. Asimismo, podemos monitorear en tiempo real, o de forma periódica, cada cámara microfluídica para recopilar toda la información generada sobre la dinámica de los procesos biológicos. Un proceso que puede realizarse a lo largo de todo el experimento”.

Sistemas comparables solo existen para las investigaciones in vitro, diseñadas para analizar células individuales. El problema es que cuando hay células aisladas es difícil, por no decir imposible, obtener información relevante sobre el desarrollo, la reproducción y el envejecimiento de un organismo completo.
Así, el dispositivo diseñado por los dos investigadores de EPFL cierra la brecha que había entre la investigación in vitro y la in vivo: puede realizar experimentos a gran escala con una tecnología de alta monitorización (como la investigación in vitro), pero proporciona información sobre un organismo íntegro (como la investigación in vivo), reduciendo la necesidad de utilizar animales vertebrados. Una herramienta que interesará seguramente a muchos laboratorios de investigación básica, pero también a las industrias farmacéutica, biotecnológica, química y agroalimentaria.

En 2017, Nagi Bioscience recibió el premio de la Fundación Egon NaefEnlace externo, promotora de la investigación y desarrollo de métodos alternativos a la experimentación con animales. Pero, pese a los evidentes avances, los cuestionamientos éticos siguen abiertos: «Queremos explicar a las personas preocupadas por el bienestar animal que el uso de los C. elegans ofrece un buen equilibrio. Es un animal y una especie viva como las demás, pero permite grandes avances a la investigación científica sin necesidad de recurrir a organismos más sensibles”, concluye Laurent Mouchiroud.

Traducción del francés: Andrea Ornelas