Rato de laboratório - Laboratory mouse

Desenho de linha de um rato de laboratório
Um rato de laboratório SCID albino
Um camundongo de laboratório com a cor intermediária da pelagem

O rato de laboratório ou rato de laboratório é um pequeno mamífero da ordem Rodentia, que é criado e usado para pesquisas científicas ou como alimento para certos animais de estimação. Os ratos de laboratório são geralmente da espécie Mus musculus . Eles são o modelo de pesquisa em mamíferos mais comumente usado e são usados ​​para pesquisas em genética , psicologia , medicina e outras disciplinas científicas. Os camundongos pertencem ao clado Euarchontoglires , que inclui humanos. Essa relação próxima, a alta homologia associada com humanos, sua facilidade de manutenção e manuseio, e sua alta taxa de reprodução, tornam os ratos modelos particularmente adequados para pesquisas orientadas para humanos. O genoma do rato de laboratório foi sequenciado e muitos genes de rato têm homólogos humanos.

Outras espécies de camundongos às vezes usadas em pesquisas de laboratório incluem duas espécies americanas, o camundongo de pés brancos ( Peromyscus leucopus ) e o camundongo cervo norte-americano ( Peromyscus maniculatus ).

História como modelo biológico

Os ratos têm sido usados ​​na pesquisa biomédica desde o século 17 (a partir de 30 de maio de 1678), quando William Harvey os usou para seus estudos sobre reprodução e circulação sanguínea e Robert Hooke os usou para investigar as consequências biológicas de um aumento na pressão do ar. Durante o século 18, Joseph Priestley e Antoine Lavoisier usaram ratos para estudar a respiração . No século 19, Gregor Mendel realizou suas primeiras investigações sobre a herança da cor da pelagem do camundongo, mas foi solicitado por seu superior que parasse de criar em sua cela "criaturas fedorentas que, além disso, copulavam e faziam sexo". Ele então mudou suas investigações para ervilhas, mas, como suas observações foram publicadas em um jornal botânico um tanto obscuro, elas foram virtualmente ignoradas por mais de 35 anos até serem redescobertas no início do século 20. Em 1902, Lucien Cuénot publicou os resultados de seus experimentos com camundongos, que mostraram que as leis de herança de Mendel também eram válidas para animais - resultados que logo foram confirmados e estendidos a outras espécies.

No início do século 20, o estudante de Harvard Clarence Cook Little conduzia estudos sobre genética de camundongos no laboratório de William Ernest Castle . Little e Castle colaboraram estreitamente com Abbie Lathrop, que era uma criadora de camundongos e ratos sofisticados que ela comercializava para roedores amadores e cuidadores de animais de estimação exóticos, e mais tarde começou a vender em grande número para pesquisadores científicos. Juntos, eles geraram a cepa consanguínea de camundongos DBA (Dilute, Brown e não Agouti) e iniciaram a geração sistemática de cepas consanguíneas. Desde então, o rato tem sido amplamente utilizado como organismo modelo e está associado a muitas descobertas biológicas importantes dos séculos 20 e 21.

O Jackson Laboratory em Bar Harbor, Maine é atualmente um dos maiores fornecedores mundiais de ratos de laboratório, com cerca de 3 milhões de ratos por ano. O laboratório também é a fonte mundial de mais de 8.000 cepas de camundongos geneticamente definidos e abriga o banco de dados do Mouse Genome Informatics .

Reprodução

Filhotes de 1 dia

O início do acasalamento ocorre por volta dos 50 dias de idade em fêmeas e machos, embora as fêmeas possam ter seu primeiro estro em 25-40 dias. Os camundongos são poliéstricos e se reproduzem o ano todo; a ovulação é espontânea. A duração do ciclo estral é de 4 a 5 dias e dura cerca de 12 horas, ocorrendo à noite. Esfregaços vaginais são úteis em acasalamentos cronometrados para determinar o estágio do ciclo estral. O acasalamento pode ser confirmado pela presença de um tampão copulatório na vagina até 24 horas após a cópula. A presença de esperma em um esfregaço vaginal também é um indicador confiável de acasalamento.

O período médio de gestação é de 20 dias. Um estro pós-parto fértil ocorre 14–24 horas após o parto , e a lactação e a gestação simultâneas prolongam a gestação em 3–10 dias devido ao atraso na implantação. O tamanho médio da ninhada é de 10-12 durante a produção ideal, mas é altamente dependente da cepa. Como regra geral, camundongos consanguíneos tendem a ter períodos de gestação mais longos e ninhadas menores do que camundongos puros e híbridos . Os filhotes são chamados de filhotes e pesam 0,5-1,5 g (0,018-0,053 oz) ao nascer, não têm pelos e têm pálpebras e orelhas fechadas. Os filhotes são desmamados com 3 semanas de idade, quando pesam cerca de 10–12 g (0,35–0,42 onças). Se a fêmea não acasalar durante o estro pós-parto, ela retoma o ciclo 2–5 dias após o desmame.

Os recém-nascidos do sexo masculino são diferenciados das mulheres recém-nascidas, observando a maior distância anogenital e a papila genital maior no homem. Isso é melhor realizado levantando as caudas dos irmãos da mesma ninhada e comparando o períneo .

Genética e cepas

Os camundongos são mamíferos do clado (um grupo que consiste em um ancestral e todos os seus descendentes) Euarchontoglires , o que significa que eles estão entre os parentes não primatas mais próximos dos humanos, junto com lagomorfos , trepadeiras e lêmures voadores .

Euarchontoglires
Glires

Rodentia (roedores)

Lagomorpha (coelhos, lebres, pikas)

Euarchonta

Scandentia (trepadeiras)

Primatomorpha

Dermoptera (lêmures voadores)

Primatas († Plesiadapiformes , Strepsirrhini , Haplorrhini )

Os ratos de laboratório são da mesma espécie que o rato doméstico ; no entanto, eles costumam ser muito diferentes em comportamento e fisiologia . Há centenas de established puras , não consanguíneos e transgênicos cepas. Uma cepa , em referência a roedores, é um grupo em que todos os membros são tão geneticamente idênticos quanto possível. Em ratos de laboratório, isso é realizado por meio da endogamia . Por ter esse tipo de população, é possível realizar experimentos sobre o papel dos genes, ou realizar experimentos que excluem a variação genética como fator. Em contraste, as populações consanguíneas são usadas quando genótipos idênticos são desnecessários ou uma população com variação genética é necessária, e geralmente são chamadas de estoques em vez de cepas . Mais de 400 linhagens endogâmicas padronizadas foram desenvolvidas.

A maioria dos ratos de laboratório são híbridos de diferentes subespécies, mais comumente de Mus musculus domesticus e Mus musculus musculus . Os ratos de laboratório podem ter uma variedade de cores de pelagem, incluindo cutia, preta e albina . Muitas (mas não todas) cepas de laboratório são endogâmicas. As diferentes cepas são identificadas com combinações específicas de letras e dígitos; por exemplo C57BL / 6 e BALB / c . As primeiras dessas cepas consanguíneas foram produzidas em 1909 por Clarence Cook Little , que foi influente na promoção do camundongo como organismo de laboratório. Em 2011, estima-se que 83% dos roedores de laboratório fornecidos nos Estados Unidos eram ratos de laboratório C57BL / 6.

Genoma

O sequenciamento do genoma do rato de laboratório foi concluído no final de 2002, usando a cepa C57BL / 6. Este foi apenas o segundo genoma de mamífero a ser sequenciado depois dos humanos. O genoma haplóide tem cerca de três bilhões de pares de bases (3.000 Mb distribuídos em 19 cromossomos autossômicos mais 1, respectivamente 2 cromossomos sexuais), portanto igual ao tamanho do genoma humano. Estimar o número de genes contidos no genoma do camundongo é difícil, em parte porque a definição de um gene ainda está sendo debatida e ampliada. A contagem atual de genes codificadores primários em camundongos de laboratório é de 23.139. em comparação com uma estimativa de 20.774 em humanos.

Cepas mutantes e transgênicas

Dois camundongos expressando proteína fluorescente verde aprimorada sob iluminação UV flanqueando um camundongo simples da linha parental não transgênica.
Comparação de um camundongo obeso (à esquerda) e um camundongo de laboratório normal (à direita).

Várias cepas mutantes de camundongos foram criadas por vários métodos. Uma pequena seleção das muitas cepas disponíveis inclui -

Desde 1998, foi possível clonar camundongos a partir de células derivadas de animais adultos.

Aparência e comportamento

Os ratos de laboratório mantiveram muitas das características físicas e comportamentais dos ratos domésticos; no entanto, devido a muitas gerações de seleção artificial, algumas dessas características agora variam acentuadamente. Devido ao grande número de linhagens de ratos de laboratório, é impraticável descrever de forma abrangente a aparência e o comportamento de todos eles; no entanto, eles são descritos abaixo para duas das cepas mais comumente usadas.

C57BL / 6

Um camundongo de laboratório fêmea C57BL / 6

Os camundongos C57BL / 6 têm uma pelagem marrom escura, quase preta. Eles são mais sensíveis a ruídos e odores e são mais propensos a morder do que as cepas de laboratório mais dóceis, como BALB / c .

Camundongos C57BL / 6 alojados em grupo (e outras linhagens) exibem comportamento de barbeiro, no qual o camundongo dominante em uma gaiola remove seletivamente o cabelo de seus companheiros de gaiola subordinados. Camundongos que foram barbeados extensivamente podem ter grandes manchas calvas em seus corpos, geralmente ao redor da cabeça, focinho e ombros, embora a barbearia possa aparecer em qualquer parte do corpo. Tanto o cabelo quanto as vibrissas podem ser removidos. Barbering é mais freqüentemente visto em camundongos fêmeas; camundongos machos são mais propensos a exibir domínio por meio de luta.

O C57BL / 6 tem várias características incomuns que o tornam útil para alguns estudos de pesquisa, mas inadequado para outros: é incomumente sensível à dor e ao frio, e os medicamentos analgésicos são menos eficazes nessa cepa. Ao contrário da maioria das cepas de ratos de laboratório, o C57BL / 6 bebe bebidas alcoólicas voluntariamente. É mais suscetível do que a média ao vício em morfina , aterosclerose e perda auditiva relacionada à idade . Quando comparados diretamente aos camundongos BALB / c, os camundongos C57BL / 6 também expressam uma resposta robusta às recompensas sociais e empatia.

BALB / c

Ratos de laboratório BALB / c

BALB / c é uma cepa albina criada em laboratório da qual várias sub-linhagens são derivadas. Com mais de 200 gerações criadas desde 1920, os camundongos BALB / c são distribuídos globalmente e estão entre as cepas consanguíneas mais amplamente utilizadas em experimentação animal .

Os BALB / c são conhecidos por apresentar altos níveis de ansiedade e por serem relativamente resistentes à aterosclerose induzida por dieta , tornando-os um modelo útil para a pesquisa cardiovascular.

Camundongos machos BALB / c são agressivos e lutarão contra outros machos se alojados juntos. No entanto, a subestrutura BALB / Lac é muito mais dócil. A maioria das sub-linhagens de camundongos BALB / c tem uma longa vida reprodutiva.

Existem diferenças observadas entre as diferentes sub-cepas de BALB / c, embora se acredite que elas sejam devidas a mutação e não à contaminação genética. O BALB / cWt é incomum, pois 3% da progênie exibe hermafroditismo verdadeiro .

Agricultura

Rato de laboratório (observe a marca auricular)

Manuseio

Tradicionalmente, os ratos de laboratório são apanhados pela base da cauda. No entanto, pesquisas recentes mostraram que esse tipo de tratamento aumenta a ansiedade e o comportamento aversivo. Em vez disso, recomenda-se manusear ratos usando um túnel ou mãos em concha. Em testes comportamentais, os camundongos com cauda mostram menos disposição para explorar e investigar os estímulos do teste, em oposição aos camundongos com o cabo do túnel que exploram prontamente e mostram respostas robustas aos estímulos do teste.

Nutrição

Na natureza, os ratos são geralmente herbívoros , consumindo uma grande variedade de frutas ou grãos. No entanto, em estudos de laboratório, geralmente é necessário evitar a variação biológica e, para isso, os ratos de laboratório são quase sempre alimentados apenas com ração peletizada comercial. A ingestão de alimentos é de aproximadamente 15 g (0,53 oz) por 100 g (3,5 oz) de peso corporal por dia; a ingestão de água é de aproximadamente 15 ml (0,53 fl oz de impacto; 0,51 US fl oz) por 100 g de peso corporal por dia.

Procedimentos de injeção

As vias de administração de injeções em camundongos de laboratório são principalmente subcutâneas , intraperitoneais e intravenosas . A administração intramuscular não é recomendada devido à pequena massa muscular. A administração intracerebral também é possível. Cada via tem um local de injeção recomendado, calibre aproximado da agulha e volume máximo injetado recomendado em uma única vez em um local, conforme mostrado na tabela abaixo:

Rota Site recomendado Medidor de agulha Volume máximo
subcutâneo dorso, entre a escápula 25-26 ga 2-3 ml
intraperitoneal quadrante inferior esquerdo 25-27 ga 2-3 ml
intravenoso veia lateral da cauda 27-28 ga 0,2 ml
intramuscular membro posterior, coxa caudal 26-27 ga 0,05 ml
intracerebral crânio 27 ga

Para facilitar a injeção intravenosa na cauda, ​​ratos de laboratório podem ser cuidadosamente aquecidos sob lâmpadas de calor para vasodilatar os vasos.

Anestesia

Um regime comum de anestesia geral para camundongos domésticos é a cetamina (na dose de 100 mg por kg de peso corporal) mais xilazina (na dose de 5–10 mg por kg), injetada pela via intraperitoneal. Tem uma duração de efeito de cerca de 30 minutos.

Eutanásia

Os procedimentos aprovados para a eutanásia de ratos de laboratório incluem CO comprimido
2
gás,
anestésicos barbitúricos injetáveis, anestésicos inaláveis, como Halotano, e métodos físicos, como deslocamento cervical e decapitação. Em 2013, a American Veterinary Medical Association publicou novas diretrizes para CO
2
indução, afirmando que uma taxa de fluxo de 10% a 30% volume / min é ideal para a eutanásia de camundongos de laboratório.

Suscetibilidade a patógenos

Um estudo recente detectou um astrovírus murino em ratos de laboratório mantidos em mais da metade dos institutos americanos e japoneses investigados. Astrovírus murino foi encontrado em nove cepas de camundongos, incluindo NSG , NOD-SCID , NSG-3GS , C57BL6 - Timp-3 - / - , uPA-NOG , B6J , ICR, Bash2 e BALB / C , com vários graus de prevalência. A patogenicidade do astrovírus murino não era conhecida.

Legislação em pesquisa

Reino Unido

No Reino Unido, como com todos os outros vertebrados e alguns invertebrados, qualquer procedimento científico que possa causar "dor, sofrimento, angústia ou dano duradouro" é regulamentado pelo Home Office sob a Animals (Scientific Procedures) Act 1986 . Os regulamentos do Reino Unido são considerados um dos mais abrangentes e rigorosos do mundo. Dados detalhados sobre o uso de ratos de laboratório (e outras espécies) em pesquisas no Reino Unido são publicados a cada ano. No Reino Unido em 2013, havia um total de 3.077.115 procedimentos regulamentados em camundongos em estabelecimentos de procedimento científico, licenciados sob a lei.

Estados Unidos

Nos EUA, os ratos de laboratório não são regulamentados pelo Animal Welfare Act administrado pelo USDA APHIS . No entanto, o Public Health Service Act (PHS), administrado pelo National Institutes of Health , oferece um padrão para seu cuidado e uso. A conformidade com o PHS é necessária para que um projeto de pesquisa receba financiamento federal. A política de PHS é administrada pelo Office of Laboratory Animal Welfare. Muitos institutos de pesquisa acadêmica buscam o credenciamento voluntariamente, geralmente por meio da Associação para Avaliação e Credenciamento de Cuidados com Animais de Laboratório , que mantém os padrões de cuidado encontrados no Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório e a política de PHS. Esse credenciamento, entretanto, não é um pré-requisito para o financiamento federal, ao contrário do cumprimento real.

Limitações

Embora os ratos sejam de longe os animais mais usados ​​na pesquisa biomédica, estudos recentes destacaram suas limitações. Por exemplo, a utilidade de roedores em testes de sepse , queimaduras , inflamação , derrame , ALS , doença de Alzheimer , diabetes , câncer , esclerose múltipla , doença de Parkinson e outras doenças foi questionada por vários pesquisadores. Em relação aos experimentos com camundongos, alguns pesquisadores reclamaram que "anos e bilhões de dólares foram perdidos seguindo pistas falsas" como resultado de uma preocupação com o uso desses animais em estudos.

Os camundongos diferem dos humanos em várias propriedades imunológicas: os camundongos são mais resistentes a algumas toxinas do que os humanos; ter menor fração de neutrófilos totais no sangue , menor capacidade enzimática dos neutrófilos , menor atividade do sistema complemento e um conjunto diferente de pentraxinas envolvidas no processo inflamatório ; e faltam genes para componentes importantes do sistema imunológico, como IL-8 , IL-37 , TLR10 , ICAM-3 , etc. Os camundongos de laboratório criados em condições livres de patógenos específicos (SPF) geralmente têm um sistema imunológico bastante imaturo com um déficit de células T de memória . Esses camundongos podem ter diversidade limitada da microbiota , o que afeta diretamente o sistema imunológico e o desenvolvimento de condições patológicas. Além disso, infecções virais persistentes (por exemplo, herpesvírus ) são ativadas em humanos, mas não em camundongos SPF com complicações sépticas e podem alterar a resistência a coinfecções bacterianas . Camundongos “sujos” são possivelmente mais adequados para simular patologias humanas. Além disso, cepas de camundongos consanguíneos são usadas na grande maioria dos estudos, enquanto a população humana é heterogênea, apontando para a importância dos estudos em camundongos híbridos entre linhagens , não-lineares e não-lineares.

Um artigo no The Scientist observa: "As dificuldades associadas ao uso de modelos animais para doenças humanas resultam das diferenças metabólicas, anatômicas e celulares entre humanos e outras criaturas, mas os problemas vão ainda mais fundo do que isso", incluindo problemas com o design e execução dos próprios testes. Além disso, o enjaulamento de animais de laboratório pode torná-los modelos irrelevantes de saúde humana, porque esses animais carecem de variações cotidianas em experiências, atividades e desafios que possam superar. Os ambientes empobrecidos dentro de pequenas gaiolas de camundongos podem ter influências deletérias nos resultados biomédicos, especialmente no que diz respeito aos estudos de saúde mental e de sistemas que dependem de estados psicológicos saudáveis.

Por exemplo, os pesquisadores descobriram que muitos ratos em laboratórios são obesos devido ao excesso de comida e ao mínimo de exercícios, o que altera sua fisiologia e metabolismo de drogas. Muitos animais de laboratório, incluindo ratos, sofrem estresse crônico, o que também pode afetar negativamente os resultados da pesquisa e a capacidade de extrapolar achados para humanos com precisão. Os pesquisadores também notaram que muitos estudos envolvendo ratos são mal planejados, levando a descobertas questionáveis.

Alguns estudos sugerem que dados publicados inadequados em testes em animais podem resultar em pesquisas irreproduzíveis, com detalhes faltantes sobre como os experimentos são feitos são omitidos de artigos publicados ou diferenças nos testes que podem introduzir viés. Exemplos de tendências ocultas incluem um estudo de 2014 da Universidade McGill, que sugere que ratos manuseados por homens, em vez de mulheres, mostraram níveis mais altos de estresse. Outro estudo em 2016 sugeriu que os microbiomas intestinais em camundongos podem ter um impacto na pesquisa científica.

Tamanho do mercado

Prevê-se que o mercado mundial de ratos com genes alterados cresça para US $ 1,59 bilhão até 2022, a uma taxa de 7,5% ao ano.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos

Taxonomia

Genética

meios de comunicação

Leitura adicional