I Primati non umani non sono buoni modelli per la ricerca biomedica

Tra i Primati non umani (PNU) si annoverano le specie animali più vicine all’uomo dal punto di vista filogenetico. In particolare con gli scimpanzé condividiamo il 98,7% dei geni, contro l’80% di corrispondenza con il topo (Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium 2005, Asif et al. 2002). Ciò ha fatto si che gli scimpanzé ed altri Primati venissero considerati modelli ideali ed irrinunciabili nello studio delle patologie umane e delle reazioni a farmaci o vaccini. Soprattutto in questo periodo, caratterizzato dalla pandemia di CoViD-19, l’utilizzo dei PNU sta aumentando nel tentativo di trovare nuovi vaccini efficaci per l’uomo. 

“Essendo il parente vivente più prossimo degli esseri umani, lo scimpanzé occupa un posto unico nella ricerca biomedica. Diversi importanti progressi medici sono stati possibili solo attraverso la ricerca con gli scimpanzé.”

VanDeberg e Zola (2005)

Ma i PNU sono realmente buoni modelli per mimare le patologie umane e per sperimentare nuovi farmaci e vaccini? Prendiamo in considerazione degli esempi.

Diverse evidenze (revisioni sistematiche) rivelano che il ruolo degli scimpanzé nello studio dell’epatite C (Bailey 2010), dell’ AIDS (Bailey 2008) e del cancro (Bailey 2009) viene sopravvalutato e che il contributo dei PNU alla ricerca medica è discutibile (Knight 2007, 2008). La vicenda del TGN1412, un farmaco biologico destinato a curare l’artrite reumatoide, che aveva dato ottimi risultati sui PNU ma che nel 2006 ridusse in fin di vita 6 volontari durante i test clinici causando una violenta reazione immunitaria incontrollata (tempesta di citochine) (Eastwood et al. 2010), dovrebbe farci riflettere sull’importanza delle differenze, anche piccole, tra la biologia umana e quella dei PNU.

Varki e Altheide 2005 illustrano alcune note differenze tra gli esseri umani e le scimmie antropomorfe per quanto riguarda le più importanti condizioni mediche. La loro lista esclude le condizioni patologiche spiegabili in base a differenze anatomiche, ad es. vene varicose, doglie del parto, scoliosi, emorroidi, ernie, ecc. Gli autori sottolineano le differenze per quanto riguarda quelle patologie che costituiscono importanti cause di morte o malattia nell’uomo: AIDS, epatite B e C, malaria, infarto del miocardio, influenza A. Non sono mai stati inoltre osservati nelle scimmie antropomorfe, sia in cattività, che allo stato libero, condizioni patologiche comuni nella specie umana quali ictus ischemici, morbo di Alzheimer, carcinomi, artrite reumatoide ed altre malattie autoimmuni, endometriosi, tossiemia gravidica, aborto spontaneo per aneuploidia fetale, asma bronchiale, psicosi maggiori. Inoltre, almeno una ventina di geni collegati ai tumori umani ed implicati nella genesi dei tumori sono significativamente diversi negli scimpanzé (Bertranpetit et al.2006). Ma non si tratta soltanto di differenze nella sequenza di geni, infatti come affermano  Ahmed et al. 2007:

“un pattern complesso di sottili variazioni ed alcuni importanti differenze su diversi livelli di organizzazione cromosomica, struttura genica, modifiche post-trascrizionali e post-traduzionali, nonché differenze funzionali nelle strutture proteiche, sono responsabili delle differenze di risposta biologica tra umani e scimpanzé”

Anche Gagneus e Varki (2001) avevano precedentemente colto il problema:

“Le differenze tra PNU e umani includono differenze citogenetiche, differenze nel tipo e nel numero di ripetizioni delle sequenze di DNA genomico e di elementi trasponibili, abbondanza e distribuzione di retrovirus endogeni, presenza ed estensione di polimorfismi allelici, inattivazione di geni specifici, differenze nella sequenza genica, duplicazioni geniche, polimorfismi a singolo nucleotide, differenze di espressione genica e variazioni nello splicing dell’RNA messaggero”.

Altre rilevanti differenze si trovano nei geni per le proteasi, molte delle quali sono coinvolte nella regolazione immunitaria (Puente et al. 2005). Tra le più note differenze tra il genoma dello scimpanzé e quello umano vi sono i geni codificanti per il sistema MHC-HLA (sistema di istocompatibilità – alla base della regolazione immunitaria): sembra che non vi siano alleli in comune (Cooper et al. 1998). Ciò risulta assolutamente non trascurabile qualora gli scimpanzé vengano usati quali modelli per la sperimentazione di vaccini o per lo studio di patologie dove vi è una grossa componente immunitaria come COVID19.

L’ 80% delle proteine ortologhe, cioè proteine che svolgono la stessa funzione in specie diverse, differisce tra gli umani e gli scimpanzé (Glazko et al. 2005). Vi sono anche notevoli differenze per quanto riguarda la regolazione dell’espressione genica, la trasduzione dei segnali biochimici, la morte cellulare, il sistema immunitario e quindi la suscettibilità per diverse malattie (Calarco et al. 2007). Secondo Zeng et al. (2012)  anche i fattori epigenetici, ovvero quelle modificazioni ereditabili che variano l’espressione genica pur non alterando la sequenza del DNA, sono alla base delle differenze tra uomo e primati nella suscettibilità a diverse patologie. Uno studio di Arora et al. (2009) ha analizzato circa 10.500 geni in diversi organi umani e di scimpanzé: il 34% ha mostrato diversi livelli di espressione nel cervello, il 25% nel fegato, il 33% nel rene, il 35% nel cuore ed il 62% nel testicolo. La differenza nell’espressione di un singolo gene può avere delle conseguenze molto importanti: ad es. il gene per il recettore NKp44, (un recettore su un particolare tipo di cellule immunitarie) è 5 volte più espresso nello scimpanzé che nell’uomo. Tale recettore è coinvolto nel riconoscimento e nell’uccisione delle cellule infettate da virus. Il fatto che negli scimpanzé l’infezione da HIV-1 abbia normalmente un decorso benigno potrebbe essere in parte spiegato da tale differenza nell’espressione genica (De Maria et al. 2009). E’ molto probabile che le differenze (tra umani e PNU) dell’espressione di un singolo gene che codifica per una determinata proteina (inhibitory sialic acid-recognising Ig-superfamily lectins – Siglecs) abbia rilevanti conseguenze sulla risposta immunitaria verso molti patogeni. Ad es. Soto et al. (2010) evidenziano come alcuni dei geni che codificano per queste proteine siano meno espressi nell’uomo che nello scimpanzé. Sembra che ciò possa in parte spiegare le differenze tra uomo e scimpanzé nella risposta immunitaria verso i virus e predisponga l’uomo ad un’ iperattività immunitaria, a sua volta legata a patologie autoimmuni (come artrite reumatoide e psoriasi), all’asma, o alle reazioni immunitarie incontrollate che portano alla forma grave di COVID-19.

Le affermazioni secondo cui l’uso dei PNU (scimpanzé) per studiare le malattie umane è scientificamente valido si basano spesso sulla somiglianza genetica. Analisi critiche della rilevanza degli studi sugli scimpanzé per la biologia umana, tuttavia, indicano che questa somiglianza genetica non si traduce in una somiglianza fisiologica tale da fare dello scimpanzé un buon modello per l’uomo e, inoltre, che i dati sugli scimpanzé non si traducono efficacemente in risultati clinici. Gli esempi principali riguardano le differenze nelle risposte alle infezioni virali (HIV/AIDS, epatite C) nelle due specie, e la mancanza di corrispondenza tra uomo e PNU per l’efficacia dei vaccini e dei trattamenti. Le principali differenze molecolari alla base di queste disparità tra le specie sono state rivelate dalla genomica comparativa e dalla biologia molecolare: ci sono differenze fondamentali in tutti gli aspetti dell’espressione genica e della funzione proteica, dalla struttura dei cromosomi e della cromatina alle modifiche post-traduzionali. Gli effetti globali di queste differenze sono sorprendenti, estesi e diffusi e dimostrano che la somiglianza superficiale tra sequenze genetiche è di scarsa importanza per la ricerca biomedica. L’estrapolazione dei risultati della ricerca biomedica dallo scimpanzé all’uomo è quindi altamente inattendibile, e l’uso dello scimpanzé deve essere considerato di scarso valore, soprattutto data l’ampiezza e le potenzialità dei nuovi approcci metodologici, alternativi alla sperimentazione animale”.

Bailey (2011)

In particolare per quanto riguarda la ricerca nel campo della SARS-COV2, un recente articolo intitolato “Sfruttare i nuovi approcci animal-free per sviluppare farmaci e vaccini per il COVID-19” pubblicato sulla rivista Archives of Toxicology da 5 noti ricercatori del CAAT (Center for Alternatives to Animal Testing), mette in guardia sull’eccessivo affidamento ai modelli animali e raccomanda l’utilizzo di nuovi approcci metodologici incentrati sulla biologia umana ed alternativi alla sperimentazione animale, come gli organoidi umani e sistemi microfisiologici su chip (Busquet et al. 2020), che sono già disponibili ed hanno già permesso nuove interessanti scoperte sul COVID-19. (Alimadadi et al. 2020, Bullen et al. 2020, Daniloski et al. 2020, Lames et al. 2020, Liao et al. 2020, Meinhardt et al. 2020).

Il Prof. Bailey, biologo genetista, ora direttore scientifico del Center for Contemporary Sciences, (USA) ha recentemente messo in guardia i colleghi sull’utilizzo di PNU inviando una lettera all’editore di Science intitolata “Ripetere i test per i vaccini COVID-19 sui PNU è una follia: lo sviluppo di vaccini per l’uomo deve concentrarsi su studi basati sulla biologia umana” (https://science.sciencemag.org/content/370/6513/154/tab-e-letters)

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