Esistono “metodi alternativi”?

Scrivendo quest’articolo sto violando una delle mie regole, che poi è anche una delle regole della buona divulgazione scientifica: «se il tuo articolo può essere riassunto in “No”, non lo scrivere». Violo questa regola perché evidentemente la risposta non sembra così ovvia. La domanda è «esistono metodi alternativi?» E alternativi si intende alla ricerca con gli animali.

© SMBC Comix (click for details)

Premetto che io nel mio lavoro in laboratorio non ho mai avuto a che fare con animali vivi. Qualcosa ho fatto anni addietro all’università: ho maneggiato un po’ di drosofile al corso di genetica (perché nessuno protesta mai per le drosofile?), ho eseguito delle dissezioini di animali morti (per cause naturali) al corso di anatomia comparata e ho osservato (senza eseguire alcuna procedura) parecchi animali vivi al corso di biodiversità animale.

Ciò nonostante non posso fare a meno di riconoscere che le ricerche eseguite dai miei colleghi su modelli animali sono fondamentali. Quello che faccio io non sarebbe possibile se non ci fosse stata la sperimentazione animale in passato, e sarebbe quasi privo di valore se non ci fosse la sperimentazione animale in futuro. Eppure fra amici e conoscenti non biologi c’è una frase che mi sento ripetere come un mantra: «Esistono metodi alternativi». Si intende che gli stessi risultati che si ottengono coi modelli animali possono essere ottenuti anche senza. A questa affermazione segue sempre una domanda da parte mia: quali? La risposta è invariabilmente una variazione sul tema di “colture in vitro” o “cellule staminali”. In genere a questo punto tronco la discussione, apparirei solo antipatico e pedante se mi mettessi a sottolineare come queste “parole magiche” non siano affatto metodi, apparirei arrogante se puntualizzassi che di colture in vitro ne ho fatta qualcuna, dato che sono il principale strumento (oserei dire l’unico) per mantenere in vita le cellule utilizzate in laboratorio, apparirei saccente se facessi notare che tra una coltura cellulare e un organismo vivente passa qualche differenza.

Ma perché una cellula (o un gruppo di cellule) non mima efficacemente un organismo? La risposta ci arriva dalla teoria dei sistemi e si chiama comportamento emergente. Una proprietà di un sistema si dice emergente quando non è posseduta dalle singole componenti del sistema. Ci abbiamo a che fare tutto il giorno: un pistone non ha le stesse proprietà di un motore a scoppio, un pilastro non ha le stesse proprietà di una casa ecc. È una caratteristica dei sistemi viventi quella di essere sempre diversi dalla somma dei propri componenti.

A livello molecolare questo si spiega fondamentalmente con tre fenomeni: sinergismo, permissività e antagonismo. Si ha sinergismo quando due molecole hanno lo stesso effetto, ma la loro presenza contemporanea dà effetti più che additivi, si ha permissività quando una molecola non ha effetto (o ha un effetto molto ridotto) in assenza dell’altra e si ha antagonismo quando una molecola blocca l’effetto dell’altra (inibizione) o quando due molecole hanno effetto opposto (antagonismo funzionale). La cosa affascinante tuttavia è che queste molecole non hanno necessariamente bisogno di “incontrarsi” per esercitare questi effetti. Il che è anche problematico, perché a livello sperimentale ci rende difficilissimo riprodurre il fenomeno.

Livelli di glucosio in relazione all’insulina. Wikimedia Commons CC-BY-SA 3.0 Unported

Mi spiego meglio con un esempio. Poniamo che io voglia studiare la variazione della glicemia (concentrazione di glucosio nel sangue). Proprio in questo periodo si stanno sperimentando nuove cure per il diabete di tipo 1, quello genetico che viene ai bambini, quello per cui modificare il proprio stile di vita è inutile e se ci si scorda di prendere l’insulina si muore. Quindi possiamo immaginare che io voglia studiare quali sono gli stimoli e le condizioni che fanno salire o scendere la glicemia, e che da questi studi magari potrebbero nascere future applicazioni mediche. Bene, potrei pensare di studiare la glicemia mettendo un po’ di sangue, con tutte le sue cellule, in una provetta.
Tralasciando tutti i problemi tecnici questa “coltura cellulare” mi sarebbe del tutto inutile, perché non contiene nessuna delle molecole che influenzano la glicemia. Potrei allora progettare un sistema che comprendesse anche le cellule β del pancreas, quelle che producono l’insulina. Avrei fatto un passo avanti, ma la cosa sarebbe ancora molto lontana dalla realtà. Sì, è vero, avrei delle cellule che secernono insulina in seguito all’aumento della glicemia, ma questo non è che un pallido abbozzo dell’intero sistema. L’adrenalina per esempio è un antagonista funzionale dell’insulina, però è secreta dalla midollare del surrene, e non in risposta ad un aumento della glicemia, ma in seguito all’attivazione del sistema nervoso ortosimpatico. Inoltre nessuna di queste due molecole agisce nel sangue, ma hanno una vasta gamma di tessuti bersaglio, tra cui il fegato, i muscoli e il tessuto adiposo sui quali agiscono per aumentare o diminuire l’assorbimento di glucosio e per incentivare o inibire una serie reazioni biochimiche, come la glicogenolisi e la gluconeogenesi. I  fattori di crescita insulino-simili invece sono in grado di rendere i tessuti “insulinoresistenti” e sono secreti dal fegato in risposta alla somatotropina, che è rilasciata a sua volta dall’ipofisi anteriore stimolata dal GHRH secreto dall’ipotalamo. E ancora non ci abbiamo messo il glucagone o i glucocorticoidi, né abbiamo discusso degli stimoli che provocano l’attivazione dell’ipotalamo o del sistema nervoso simpatico.

Sembra complicato? Già, perché lo è. E questo è solo un assaggio. Senza considerare che esistono anche un sacco di meccanismi che non conosciamo e su cui non abbiamo alcun controllo.  Qualcuno ha qualche idea su come rendere un simile sistema senza usare un organismo vivente completo? Qualche idea che non si limiti a liquidare la questione con le solite “parole magiche” ripetute a pappagallo? Se ne avete fatevi avanti, vi assicuro che i ricercatori non vedono l’ora.