동물병 모델

동물 모델(동물 질병 모델의 줄임말)은 인간을 해칠 위험 없이 질병 과정을 더 잘 이해하기 위해 인간 질병 연구와 조사 중에 사용되는 살아있는, 인간이 아닌, 종종 유전적으로 설계된 동물이다. 동물 모델에서 생물학적 활동이 인간에게 영향을 보장하지는 않지만, 인간 질병에 대한 많은 약물, 치료법, 치료법은 동물 모델의 안내에 따라 부분적으로 개발된다.^[1][2] 발달 과정의 연구와 연구에서 특정 분류학 집단을 대표하는 동물 모델을 모델 유기체라고도 한다.^[2] 동물 모델에는 크게 세 가지 유형이 있다. 동음이의어, 이소모르픽, 예측. 동질 동물은 같은 질병을 가진 사람과 같은 원인, 증상, 치료 선택권을 가지고 있다. 이형동물은 같은 증상과 치료법을 공유한다. 예측 모델은 단지 몇 가지 측면에서만 특정한 인간의 질병과 유사하다. 그러나 이것들은 일련의 질병 특징들의 메커니즘을 분리하고 예측하는 데 유용하다.^[3]

계통발생과 유전적 관련성

비록 동물에 대한 과학적 연구가 찰스 다윈보다 수백 년 앞서지만, 동물을 연구에 이용하는 일차적 정당성은 모든 유기체가 공통의 조상으로 인해 어느 정도 연관성과 유전적 유사성을 공유한다는 진화론에 근거를 두고 있다. 그렇다면 분류학 인간 친척에 대한 연구는 의학에 유용할 수 있는 인체 내의 메커니즘과 질병에 대한 많은 정보를 제공할 수 있다.^{[citation needed]}

척추동물을 위한 다양한 계통생식수들은 지질화학 및 화석 기록뿐만 아니라 비교 단백질학, 유전학, 유전학, 유전학 등을 이용하여 형성되어 왔다.^[4] 이러한 추정은 인간과 침팬지가 약 600만년 전에 공통의 조상을 공유했다는 것을 말해준다. 우리의 가장 가까운 친척으로서, 침팬지는 우리에게 질병의 메커니즘(그리고 어떤 유전자가 인간의 지능을 책임질 수 있는지에 대해 말해줄 수 있는 많은 잠재력을 가지고 있다. 그러나 침팬지는 연구에 거의 사용되지 않으며 매우 침습적인 절차로부터 보호된다. 가장 일반적인 동물 모델은 설치류다. 인조 나무는 인간과 설치류들이 80~100mya의 공통 조상을 마지막으로 공유했다고 추정한다.^[5][6] 이렇게 멀리 갈라졌음에도 불구하고 인간과 설치류들은 차이점보다 훨씬 더 많은 유사점을 가지고 있다. 이것은 게놈의 많은 부분의 상대적인 안정성 때문이다; 척추동물의 사용을 특히 생산적으로 만든다.^{[citation needed]}

최근, 종들 간의 긴밀한 비교를 하고 관련성을 결정하는 기법에 게놈 데이터가 추가되었다. 인간은 우리 게놈의 약 99%를^[7][8] 침팬지와 공유하고 있으며(98.7%는 보노보스),^[9] 90% 이상은 쥐와 공유하고 있다.^[6] 게놈의 많은 부분이 종에 걸쳐 보존되어 있기 때문에 인간과 쥐의 차이가 약 6천 개의 유전자(총 3만 개)에서 설명될 수 있다는 것이 비교적 인상적이다. 과학자들은 인간의 질병에 대한 실험적이고 예측 가능한 모델을 만들 때 이러한 유사점을 이용할 수 있었다.^{[citation needed]}

질병 모델

연구에 종사하는 동물 모델은 인간의 상태와 유사한 현존하거나, 유전되거나, 유발된 질병 또는 부상을 가질 수 있다. 이러한 시험 조건은 흔히 질병의 동물 모델이라고 불린다. 동물 모델의 사용은 연구자들이 인간 환자에게 접근하기 어려운 방법으로 질병 상태를 조사할 수 있게 하고, 인간에게 가하는 윤리적이라고 여겨지지 않는 수준의 해를 암시하는 비인간 동물에 대한 절차를 수행할 수 있게 한다.

소개에서 언급했듯이, 동물 모델은 동질성, 이형성 또는 예측성으로 분류될 수 있다. 동물모델은 또한 보다 광범위하게 1)실험, 2)자연발생, 3)부정, 4)고아의 4가지 범주로 분류될 수 있다.^[10]

실험 모델은 가장 흔하다. 이들은 표현형이나 치료에 대한 반응에서 인간의 조건을 닮았지만 실험실에서 인위적으로 유도되는 질병의 모델을 말한다. 일부 예는 다음과 같다.

• 간질의^[11] 동물모델로서 메트라졸(pentylenetetrazol)을 사용하는 것
• 실험 자가면역 뇌근막염과^[12] 같은 모형 자가면역질환에 대한 면역반응을 유도하기 위한 자가면역효소 예방접종
• 허혈성 뇌졸중의^[13] 동물모델로서 중뇌동맥의 폐색
• 출혈성 뇌졸중^[14][15] 모델로서 쥐의 기저강간혈액 주입
• 장벽 조직의 무결성을 손상시키고, 살아있는 병원균이나 독소를^[16] 투여하여 패혈증과 패혈성 쇼크 유도
• Infecting animals with pathogens to reproduce human infectious diseases
• Injecting animals with agonists or antagonists of various neurotransmitters to reproduce human mental disorders
• Using ionizing radiation to cause tumors
• Using gene transfer to cause tumors^[17][18]
• Implanting animals with tumors to test and develop treatments using ionizing radiation
• Genetically selected (such as in diabetic mice also known as NOD mice)^[19]
• Various animal models for screening of drugs for the treatment of glaucoma
• The use of the ovariectomized rat in osteoporosis research^[20]
• Use of Plasmodium yoelii as a model of human malaria ^[21][22][23]

Spontaneous models refer to diseases that are analogous to human conditions that occur naturally in the animal being studied. These models are rare, but informative.

Negative models essentially refer to control animals, which are useful for validating an experimental result.

Orphan models refer to diseases for which there is no human analog and occur exclusively in the species studied.

The increase in knowledge of the genomes of non-human primates and other mammals that are genetically close to humans is allowing the production of genetically engineered animal tissues, organs and even animal species which express human diseases, providing a more robust model of human diseases in an animal model.

The best models of disease are similar in etiology (mechanism of cause) and phenotype (signs and symptoms) to the human equivalent. However complex human diseases can often be better understood in a simplified system in which individual parts of the disease process are isolated and examined. For instance, behavioral analogues of anxiety or pain in laboratory animals can be used to screen and test new drugs for the treatment of these conditions in humans. A 2000 study found that animal models concorded (coincided on true positives and false negatives) with human toxicity in 71% of cases, with 63% for nonrodents alone and 43% for rodents alone.^[24]

In 1987, Davidson et al. suggested that selection of an animal model for research be based on nine considerations. These include “1) appropriateness as an analog, 2) transferability of information, 3) genetic uniformity of organisms, where applicable, 4) background knowledge of biological properties, 5) cost and availability, 6) generalizability of the results, 7) ease of and adaptability to experimental manipulation, 8) ecological consequences, and 9) ethical implications.”^[25]

행동과학

심리학과 사회학에서 관찰되는 동물모델은 흔히 행동의 동물모델이라고 불린다. 환자의 우울증 증상을 완벽하게 재현한 동물 모델을 만들기는 어렵다. 동물들은 자기 의식, 자기 성찰, 배려가 부족하다.^{[citation needed]} 게다가 우울한 기분, 낮은 자존감, 자살과 같은 장애의 특징들은 인간이 아닌 곳에서는 거의 찾아볼 수 없다.^{[citation needed]} 그러나 우울증은 다른 정신질환과 마찬가지로 동물에서 독립적으로 재생산하고 평가할 수 있는 내복혈성 질환으로 구성된다. 이상적인 동물 모델은 우울증을 초래할 수 있는 분자, 유전적, 후생유전적 요인을 이해할 수 있는 기회를 제공한다. 동물 모델을 사용함으로써, 근본적인 분자 변형과 유전적 또는 환경적 변화 및 우울증 사이의 인과 관계를 조사할 수 있으며, 이는 우울증의 병리학에 대한 더 나은 통찰력을 제공할 수 있을 것이다. 게다가 우울증에 대한 새로운 치료법을 식별하기 위해서는 우울증의 동물 모델이 필수적이다.^{[citation needed]}

도전과 비판

쥐와 생쥐와 같은 생물의학 연구에서 시험 대상 역할을 하는 많은 동물 모델들은 선택적으로 좌식성, 비만, 포도당 과민증일 수 있다. 이것은 식이 에너지 섭취와 운동에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 인간의 신진대사 과정과 질병을 모형화하기 위한 그들의 사용을 혼동시킬 수 있다.^[27]

정신 질환의 동물 모델들은 다른 걱정거리를 낳는다. 행동에 대한 질적 평가는 너무 자주 주관적이다. 이는 조사자가 피험자에서 관찰하고자 하는 바를 관찰하고, 그들의 기대에 부합하는 결론을 내리도록 이끌 것이다. 또한 정신 질환에 대한 부정확한 진단 기준은 불가피하게 상태를 모델링하는 문제를 야기한다. 예를 들어, 주요 우울증을 앓고 있는 사람은 체중감량이나 체중증가, 불면증 또는 과소마니아를 경험할 수 있기 때문에, 우리는 불면증과 체중감소를 가진 쥐가 우울하다고 확실히 말할 수 없다. 더욱이, 정신 질환의 복잡한 특성은 인간의 행동과 결손을 번역하는 것을 어렵게 하고/불가능하게 만든다. 예를 들어 언어적 결핍은 자폐 스펙트럼 장애에 중요한 역할을 하지만 설치류 동물은 언어를 가지고 있지 않기 때문에 언어 장애가 있는 "자폐성" 마우스를 개발하는 것은 불가능하다.^{[citation needed]}

윤리학

연구일에 동물의 윤리적 사용에 대한 논쟁은 1822년 영국 의회가 가축의 잔인성을 예방하기 위한 최초의 동물보호법을 제정했을 때 까지 거슬러 올라간다. 이것은 동물 학대법이 1835년과 1849년에 이어 시행되었는데, 이 법은 동물을 학대하고, 운전을 과도하게 하고, 고문하는 것을 범죄로 규정하였다. 1876년, 미국 동물보호협회의 압력에 따라, 동물학대법이 개정되어, 연구에 동물의 사용을 규제하는 규정을 포함시켰다. 이 새로운 법은 1) 지시나 인간의 생명을 구하거나 연장하기 위해 반드시 필요한 실험이 입증되어야 하며, 2) 동물은 적절하게 마취되어야 하며, 3) 실험이 끝나자마자 동물을 죽여야 한다고 규정하였다(문자 참조). 오늘날, 이 세 가지 원칙은 동물과 연구의 사용을 지배하는 법과 지침의 중심이다. 미국에서는 1970년 동물복지법(실험실 동물복지법 참조)이 연구에서의 동물 사용과 돌봄에 관한 기준을 정했다. 이 법은 AWA 정책을 보는 AFP의 동물보호 프로그램에 의해 시행된다.

동물 연구에 NIH 자금후원이 사용되는 학문적 환경에서, 기관은 NIH 연구소의 동물복지국(OLAW)에 의해 관리된다. 각 현장에서 OLAUC 지침과 표준은 기관 동물 보호 및 사용 위원회(IACUC)라는 지역 검토 위원회에 의해 유지된다. 살아있는 동물과 관련된 모든 실험실 실험은 본 위원회의 검토와 승인을 받는다. 실험자들은 인간 건강에 대한 유익성, 고통과 괴로움의 최소화, 시기적절하고 인간적인 안락사의 가능성을 증명하는 것 외에도, 대체, 감소 및 정교함의 원칙에 기초하여 그들의 프로토콜을 정당화해야 한다.^[28]

대체란 동물 사용에 대한 대안을 모색하기 위한 노력을 말한다. 여기에는 컴퓨터 모델, 무생물 조직 및 세포의 사용, "고차순" 동물(예: 저차순 동물, 무척추동물, 박테리아)을 가능한 한 "하위순" 동물(예: 냉혈동물, 무척추동물, 박테리아)으로 대체하는 것(NIH가 사용을 승인한 공통 모델 유기체 목록)이 포함된다.

감량이란 이전 실험의 불필요한 복제 방지뿐만 아니라 실험 과정에서 사용되는 동물의 수를 최소화하기 위한 노력을 말한다. 이 요건을 충족하기 위해 통계적 힘의 수학적인 계산을 사용하여 통계적으로 유의한 실험 결과를 얻기 위해 사용할 수 있는 최소 동물 수를 결정한다. 감소에는 적용된 동물의 수를 최소화하면서 제공된 정보를 최대화하는 방법이 포함된다.^[29]

미세화란 각 동물 주체의 고통을 최소화하기 위해 실험 설계를 최대한 무통·효율적으로 만드는 노력을 말한다.^{[citation needed]}

동물을 돌보고 치료하는 데 있어 상당한 진전이 있었지만, 이것은 끊임없이 진화하는 논쟁이다. ASPCA, PETA, BUAV와 같은 동물 권리와 보호 단체는 연구 중인 동물들에게 가능한 최상의 실험실 조건과 실험 프로토콜을 계속해서 옹호하고 있다. 이들 집단의 압력은 또한 살아있는 동물의 희생을 수반하지 않는 새로운 형태의 실험으로 이어졌다.^{[citation needed]}

그러나, 이 논쟁의 한 측면은 해결하기가 계속 어렵다: 다른 종들보다 일부 종을 더 보호하는 계층에 따른 동물의 분류. 사람 다음으로 영장류는 실험에서 가장 보호받는 종이다. 이에 대한 근거는 진화론적, 철학적 토대를 모두 갖추고 있다. 왜냐하면 침팬지와 다른 인간이 아닌 영장류들은 하위 종들보다 인지적으로 더 복잡한 삶의 경험을 가지고 있다는 지능, 그리고 사회 구조를 증명할 수 있기 때문이다. 반대로, 상호작용과 사상의 복잡성에 대한 이러한 종류의 도덕화는 "특정론"으로 간주될 수 있다. 궁극적으로 이것은 해결될 것 같지 않은 논쟁이지만, 대부분의 사람들은 쥐, 개, 원숭이보다 벌레나 파리가 포함된 실험에 더 익숙하다.^{[citation needed]}

대안

동물 연구의 비용, 유지보수 및 상대적 비효율성뿐만 아니라 윤리적 우려는 질병 연구를 위한 대체 방법의 개발을 장려했다. 세포 배양과 체외 연구는 살아있는 세포의 생리를 보존하는 대안을 제공하지만, 기계론적 연구를 위해 동물의 희생을 요구하지는 않는다.^[30][31] 인간 유도 만능 줄기세포는 암과 세포 재생에 대한 새로운 메커니즘을 설명할 수 있다.^[32] 영상 연구(MRI 또는 PET 스캔 등)는 인간 피험자의 비침습적 연구를 가능하게 한다.^[33] 최근의 유전학과 유전체학의 발전은 질병과 관련된 유전자를 확인할 수 있으며, 이것은 치료법의 표적이 될 수 있다.^[31]

참고 항목

• 브릿지(원숭이)
• 동물실험
• 앙상블 게놈 데이터베이스
• 체내
• 무척추동물 동물실험
• 설치류에 대한 동물실험
• 동물실험의 역사
• 녹아웃 래트
• 대장암과 장암의 마우스 모델
• 정신분열증의 동물 모델
• 자폐증의 동물 모델
• 모형생물의 역사

참조

외부 링크

• 유전자변형 동물 모델 – 바이오메드코드
• KORC(Knock Out Rat Consortium) - KORC
• 에미스 – 국립 암 연구소