Mô hình động vật là gì? Các công bố khoa học về Mô hình động vật

Định nghĩa mô hình động vật

Mô hình động vật là những sinh vật phi nhân loại được sử dụng trong nghiên cứu khoa học nhằm mô phỏng một cách có kiểm soát các quá trình sinh học, bệnh lý hoặc hành vi xảy ra ở người. Đây là công cụ thiết yếu trong y học, sinh học, dược lý và các lĩnh vực liên quan nhằm kiểm nghiệm giả thuyết, phân tích cơ chế bệnh và đánh giá hiệu quả can thiệp điều trị trước khi áp dụng lên con người.

Một mô hình động vật hiệu quả cần tạo ra biểu hiện hoặc phản ứng tương tự như ở người, đặc biệt là về mặt sinh lý, miễn dịch, di truyền và hóa sinh. Nhiều mô hình động vật được xây dựng dựa trên các đột biến gene, tiêm truyền tế bào người, hoặc tác động bằng hóa chất để gây ra triệu chứng tương đương với bệnh ở người như tiểu đường, ung thư, hoặc rối loạn thần kinh.

Các tiêu chí chọn mô hình động vật

Việc lựa chọn mô hình động vật phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu và đặc điểm kỹ thuật cần thiết. Một mô hình lý tưởng cần đáp ứng các tiêu chí cơ bản sau:

• Tính tương đồng: mô hình phải có sự giống nhau đáng kể với con người về giải phẫu, sinh lý hoặc biểu hiện bệnh.
• Dễ nuôi và sinh sản: chi phí hợp lý, thời gian sinh trưởng nhanh giúp rút ngắn chu kỳ nghiên cứu.
• Có công cụ nghiên cứu sẵn: đã có bản đồ gene, dòng thuần hóa, công cụ chỉnh sửa gene hoặc biểu hiện huỳnh quang.
• Đạo đức chấp nhận được: mô hình phải đáp ứng các tiêu chuẩn sử dụng động vật trong nghiên cứu (theo quy định của IACUC hoặc các tổ chức tương đương).

Việc không tuân thủ các tiêu chí trên có thể khiến kết quả nghiên cứu không thể chuyển giao sang ứng dụng lâm sàng, hoặc dẫn đến sai lệch khi phân tích dữ liệu thử nghiệm.

Phân loại mô hình động vật

Mô hình động vật có thể được phân loại theo tiêu chí mục đích hoặc đặc điểm sinh học. Dưới đây là phân loại phổ biến theo chức năng nghiên cứu:

• Mô hình bệnh học (Pathological models): mô phỏng quá trình bệnh cụ thể như ung thư, viêm nhiễm, hoặc các rối loạn tự miễn.
• Mô hình di truyền: mang các đột biến gene gây bệnh ở người, thường dùng chuột biến đổi gene hoặc cá ngựa vằn.
• Mô hình hành vi: nghiên cứu các vấn đề như rối loạn lo âu, nghiện, suy giảm trí nhớ hoặc khả năng học tập.
• Mô hình dược lý: được sử dụng để đánh giá đáp ứng với thuốc, thử nghiệm tác dụng phụ hoặc nghiên cứu tương tác dược động học.

Các mô hình này thường được thiết kế để có thể tái lập, đo lường được và phù hợp với tiêu chuẩn nghiên cứu tiền lâm sàng quốc tế như FDA/EMA.

Các loài động vật thường dùng trong nghiên cứu

Một số loài động vật được sử dụng rộng rãi nhờ tính ổn định về mặt sinh học, lịch sử sử dụng lâu dài, và có sẵn dữ liệu di truyền. Dưới đây là bảng so sánh các loài phổ biến:

Loài	Đặc điểm nổi bật	Ứng dụng chính
Chuột nhà (Mus musculus)	Dễ nhân giống, có thể chỉnh sửa gene, dữ liệu di truyền phong phú	Nghiên cứu gene, ung thư, miễn dịch, chuyển hóa
Chuột cống (Rattus norvegicus)	Lớn hơn chuột nhà, dễ quan sát hành vi	Thần kinh học, dược lý, độc học
Ca ngựa vằn (Danio rerio)	Phôi trong suốt, phát triển nhanh, dễ đánh giá mô học	Phát triển phôi, gene biểu hiện, độc học môi trường
Khỉ rhesus	Gần người về sinh học, phức tạp về thần kinh	Thử nghiệm vaccine, miễn dịch học, hành vi nhận thức

Việc chọn loài phù hợp giúp nâng cao độ tin cậy của nghiên cứu và khả năng ngoại suy kết quả sang người, đặc biệt trong các nghiên cứu y sinh học hoặc dược phẩm.

Ưu điểm của mô hình động vật

Mô hình động vật cho phép tái tạo các quá trình sinh học trong điều kiện có kiểm soát, giúp nhà nghiên cứu phân tích nguyên nhân – hệ quả trong diễn tiến bệnh học mà không thể thực hiện trực tiếp trên người. Các mô hình này hỗ trợ phát hiện mục tiêu điều trị, đánh giá độc tính, đo lường đáp ứng miễn dịch và theo dõi tác dụng của thuốc trong thời gian dài.

Chúng cũng giúp rút ngắn thời gian đưa một sản phẩm y sinh từ phòng thí nghiệm ra thị trường. Ví dụ, chuột biến đổi gene có thể được thiết kế để biểu hiện các bệnh lý di truyền người như bệnh Alzheimer, Parkinson, hoặc đái tháo đường type 1. Thông qua đó, nhà khoa học có thể thử nghiệm thuốc đặc hiệu, điều chỉnh liều lượng và theo dõi chuyển hóa.

• Khả năng lập lại (reproducibility) cao nếu chuẩn hóa quy trình
• Cho phép nghiên cứu can thiệp xâm lấn như cắt bỏ cơ quan hoặc ghép tế bào
• Hỗ trợ phân tích theo dõi thời gian thực với công cụ sinh học phân tử

Hạn chế và tranh luận đạo đức

Dù có giá trị khoa học lớn, việc sử dụng động vật trong nghiên cứu đặt ra các vấn đề về đạo đức, tính chuyển giao và độ chính xác sinh học. Mô hình động vật không thể tái hiện toàn bộ phức tạp của con người, đặc biệt là về tâm lý, hành vi xã hội và tác động môi trường.

Các tranh luận chủ yếu xoay quanh 3 vấn đề:

1. Khác biệt sinh học giữa loài: nhiều thuốc hiệu quả trên chuột nhưng thất bại ở người do khác biệt chuyển hóa.
2. Đau đớn và tổn thương: các thí nghiệm có thể gây stress hoặc đau kéo dài cho động vật nếu không được giám sát chặt chẽ.
3. Thay thế có thể: sự phát triển của mô hình in vitro và mô phỏng số đặt câu hỏi về tính cần thiết của thử nghiệm trên động vật trong một số trường hợp.

Để giải quyết, nhiều quốc gia và tổ chức khoa học áp dụng nguyên tắc 3R – Replacement (thay thế), Reduction (giảm số lượng), Refinement (tinh chỉnh quy trình) – được đề xuất bởi NC3Rs tại Anh.

Xu hướng thay thế mô hình động vật

Cùng với tiến bộ công nghệ, các mô hình thay thế đang được phát triển và áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu tiền lâm sàng. Dù chưa thể loại bỏ hoàn toàn, chúng giúp giảm số lượng và nâng cao độ chính xác khi so sánh với dữ liệu người.

Một số mô hình thay thế tiêu biểu:

• Organoid: mô 3D từ tế bào gốc mô phỏng cấu trúc và chức năng cơ quan thật
• Organ-on-a-chip: hệ thống vi lưu kết hợp mô người và cảm biến để mô phỏng dòng máu, hô hấp, tiêu hóa
• In silico model: mô phỏng toán học bằng AI và cơ sở dữ liệu lớn

Theo Nature (2022), organoids não người đã được sử dụng để nghiên cứu tác động của Zika virus mà không cần mô hình chuột, cho thấy tiềm năng lớn trong dược học thần kinh.

Vai trò trong nghiên cứu y học và dược phẩm

Trước khi một thuốc hoặc vaccine được thử nghiệm trên người, nó bắt buộc phải trải qua các giai đoạn tiền lâm sàng bao gồm thử nghiệm trên mô hình động vật. Đây là yêu cầu bắt buộc của các cơ quan quản lý dược như FDA (Mỹ), EMA (Châu Âu), PMDA (Nhật Bản).

Ví dụ điển hình là quá trình phát triển vaccine mRNA cho COVID-19, trong đó mô hình chuột chuyển gene ACE2 của người được sử dụng để xác nhận khả năng sinh miễn dịch và mức độ bảo vệ của vaccine.

Vai trò chính của mô hình động vật trong y sinh học bao gồm:

• Xác định độc tính cấp và mạn của hợp chất
• Phân tích dược động học – dược lực học (PK/PD)
• Đánh giá tác dụng ngoài mục tiêu (off-target effects)
• Kiểm tra hiệu quả lâm sàng trước thử nghiệm pha I

Tài liệu tham khảo

1. National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research. https://www.nc3rs.org.uk/
2. National Institutes of Health – Office of Laboratory Animal Welfare. https://olaw.nih.gov/
3. Nature Reviews Drug Discovery. Animal models in drug development. https://www.nature.com/nrd/
4. Fisher, M. (2020). Animal Models in Biomedical Research. Annual Review of Biomedical Sciences, 22, 103–127.
5. van der Worp, H. B., et al. (2010). Can animal models of disease reliably inform human studies? PLoS Med 7(3): e1000245.
6. Bailey, J. (2018). The future of animal models in biomedical research. ALTEX, 35(3), 289–296.
7. Huch, M. et al. (2021). Human organoids – tools for understanding biology and treating diseases. Development, 148(3).