Resumen del caso 

El reto:

La mayoría de las investigaciones básicas con modelos animales se centran en los machos y excluyen a las hembras (Zucker et al., 2010; Marts et al., 2004). Esto crea tres problemas:

  1. Menor conocimiento sobre los procesos de las enfermedades en las mujeres debido a la subutilización de hembras. Los resultados de los estudios en los varones a menudo se generalizan a las mujeres sin justificación, e incluso algunas condiciones que ocurren más frecuentemente en las mujeres se estudian principalmente en animales machos. Existe una brecha entre la proporción de la población de mujeres pacientes y la proporción de hembras utilizadas en las pruebas.
  2. Incapacidad de utilizar el sexo como variable en los estudios de biología básica (Holdcroft, 2007). En muchos casos, el sexo ha demostrado ser una variable importante, por ejemplo, en la regulación de la función inmune.
  3. Oportunidades perdidas para examinar fenómenos específicos de la mujer (como el embarazo y, en algunas especies, la menopausia) que a menudo interactúan con la progresión de una enfermedad. Estudiar el embarazo en organismos modelo es especialmente importante dada la preocupación por la seguridad de las pruebas en mujeres embarazadas.
Método: diseñando la investigación en salud y biomedicina

Muchos países han promulgado legislaciones que requieren la inclusión de mujeres en estudios humanos patrocinados por el estado. Por ejemplo, el National Institute of Health (NIH) de los Estados Unidos, exige que «las mujeres y los miembros de las minorías y sus subpoblaciones» sean incluidos en todas las investigaciones sobre seres humanos (aunque se requiere la representación suficiente de las mujeres para permitir el análisis por sexo sólo para la Fase III de los ensayos clínicos –ver Cronología de la política). Estas indicaciones, sin embargo, rara vez se aplican a los estudios realizados en animales, aunque el muestreo de animales de ambos sexos y de diversos estados hormonales han producido nuevos descubrimientos que influyen en el desarrollo de fármacos y en la atención al paciente.

Innovaciones de género:

Estudiar las diferencias por sexo en los modelos animales ha llevado a nuevos tratamientos para la lesión cerebral traumática (TBI, por sus siglas en inglés), más común en los hombres que en las mujeres.

Tener en cuenta el embarazo, el ciclo estral y el estatus menopáusico en modelos animales ha revelado la influencia biológica de las hormonas en las vías moleculares básicas y ha sido importante para la comprensión de ciertas enfermedades autoinmunes.

Las/los reguladores han considerado el sexo para mejorar los modelos animales que miden la toxicidad; esto ha llevado a normas de salud ambiental más estrictas.

Caso de estudio:

INVESTIGACIÓN ANIMAL

Categoría: Ciencia básica

Resumen
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Bibliografía
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– Analizar el sexo (factores biológicos)

– Diseñar la investigación en salud y biomedicina

– Repensar estándares y modelos de referencia

– Ver más métodos

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– Libros de texto

– Ver más casos

Caso completo

El reto:

La utilización de animales para investigación ha sido vital para la ciencia y la medicina occidental desde sus inicios. Sin embargo, hasta la década del ’60 rara vez se informaba el sexo de los animales usados, excepto cuando los experimentos se relacionaban con la reproducción. Aun en la actualidad, el sexo de los animales en cuestión se “omite en el 22-42% de los artículos en publicaciones de neurociencia, psicología y biología interdisciplinaria”  (Beery et al., 2011).

El análisis de estudios con animales en los que se informa el sexo muestra que las hembras están subrepresentadas en la mayoría de los campos excepto en biología reproductiva e inmunología -ver cuadro abajo.

Representación insuficiente de animales hembras

Las/los investigadores podrían realizar estudios con animales de un único sexo para reducir el costo de los experimentos o con la esperanza de disminuir la varianza de los resultados (McCarthy et al., 2002). Los experimentos en un solo sexo son la única opción para estudiar fenómenos específicos al sexo (por ejemplo, cáncer de ovario o próstata) y también podrían ser beneficiosos si un sexo ha sido insuficientemente estudiado o si existe una fuerte evidencia de que el sexo no influye sobre el resultado. No obstante, la mayoría de los experimentos con animales de un solo sexo no se ubica dentro de estas categorías. Los animales hembras están representados de manera insuficiente en estudios de condiciones que afectan a ambos sexos y también están insuficientemente representados en investigaciones en donde la evidencia sugiere que el sexo influye sobre el resultado.

Las/los investigadores podrían evitar el uso de animales hembras debido a que los niveles de hormonas−que fluctúan a lo largo del ciclo estral− pueden interactuar con los resultados experimentales (Becker et al., 2005; Wizemann et al., 2001). Con menor frecuencia, las/los investigadores pueden evitar usar animales machos porque, en algunas especies y cepas, la agresión entre machos suele dificultar el uso de jaulas (Gatewood et al., 2006). Se puede preferir a los roedores hembras en estudios toxicológicos debido a su mayor sensibilidad a algunas toxinas (EuropeanCommission, 2008).

Innovación de género 1: estudiar por sexo conduce a nuevos tratamientos para lesiones con traumatismo cerebral

El traumatismo cerebral (TBI según sus iniciales en inglés) es más común en hombres que en mujeres tanto en Europa (donde la causa principal es el choque de vehículos) como en Estados Unidos (donde la causa principal son las heridas por armas de fuego; Tagliaferri et al., 2006; Wagner et al., 2000; Roof et al., 2000). Los nuevos estudios de TBI que incluyen animales hembras han permitido un sofisticado análisis por sexo y han logrado innovaciones en el tratamiento de pacientes con TBI (ver Método).

– Método: análisis por sexo

El análisis que considera el sexo comienza cuando los/las investigadoras usan animales de ambos sexos en un experimento y analizan los datos para determinar si los resultados son distintos para machos y hembras. En los modelos de animales de TBI, las hembras muestran consistentemente mejores resultados que los machos −es decir, las hembras pertenecen al sexo “más protegido” y los machos al “más afectado”−. Las diferencias se mantienen a través de múltiples especies y de una variedad de cepas endogámicas y exogámicas de ratones (Hurn et al., 2005).

Un vez observada la diferencia concerniente al sexo, posteriores experimentos pueden dilucidar el mecanismo de dicha diferencia (Grove et al., 2010) —ver Método, a continuación.

– Método: diseño de estudios en investigación biomédica

Determinar la presencia o ausencia de diferencias respecto al sexo requiere la consideración de los ciclos estrales de las hembras. Si no se considera el ciclo estral, pueden existir diferencias entre los sexos pero no ser detectadas, como resultado de promediar durante el ciclo (Stoffel et al., 2003). También se necesitan estudios mecanísticos para evaluar definitivamente la existencia o ausencia de diferencias entre sexos en experimentos con animales. Por ejemplo, una droga en particular u otra intervención podría producir los mismos efectos en ambos sexos pero actuando mediante distintos mecanismos (Liu et al., 2007). Más aún, las múltiples diferencias específicas al sexo pueden tener efectos opuestos y anularse unas con otras, impidiendo así su observación (Palaszynski et al., 2005).

Si se observa una diferencia entre sexos en un modelo animal, es importante realizar pruebas para determinar la contribución de la hormona sexual. Las pruebas pueden incluir:

1. El muestreo de animales hembras en distintos puntos del ciclo estral. En animales reproductivamente competentes, un poderoso diseño de estudio implica el monitoreo del ciclo estral de las hembras. Un diseño experimental básico podría comprender diez grupos de ratones: dos grupos de machos (experimental y control) y ocho grupos de hembras (experimental y control para cada uno de los cuatro días del ciclo estral). Una opción más simple consiste en incluir hembras que representan sólo dos partes del ciclo, típicamente estro y diestro (Becker et al., 2005). Además, como algunos mamíferos muestran sincronía de ovulación, las hembras deben ser colocadas de modo que se evite el contacto cercano entre hembras que ovulan en distintos días (Meziane et al., 2007).

En modelos de animales de TBI, el  ciclo estral parece tener poca influencia sobre el resultado (Wagner et al., 2004); pero los efectos del ciclo estral han sido importantes en estudios de la función inmunológica (ver Innovación de Género 2, a continuación)

2. Muestreo de animales hembras durante la preñez o seudo preñez. Las/os investigadores de TBI que muestrearon ratas machos, ratas hembras con ciclos normales, y ratas hembras seudo preñadas encontraron que el edema era más severo en machos, menos severo en hembras en ciclo normal y en extremo menos severo en hembras seudo preñadas (Roof et al., 1993). Se sabe que los niveles de progesterona son los más bajos en machos, mayores en hembras en ciclo normal y los más altos en hembras preñadas o pseudo preñadas, lo que ha sugerido a las/os investigadores que la progesterona podría proteger contra el edema (Meffre et al., 2007).

3. Manipulación artificial de hormonas. En modelos de animales de TBI la ovariectomía reduce la ventaja de supervivencia que las hembras intactas tienen sobre los machos. La inyección de progesterona restablece parcialmente esta ventaja en hembras ovariectomizadas y también mejora la supervivencia en machos (Bayir et al., 2004).

Las/los investigadores utilizaron las evidencias provenientes de modelos animales de TBI  -obtenidas mediante el análisis por sexo y realizando muestreos de hembras en distintos estados hormonales— para diseñar un tratamiento experimental para humanos. En estudios clínicos doble ciego, los/as pacientes que recibieron progesterona poco después del tratamiento de emergencia por TBI demostraron menor mortalidad y mejor recuperación de la función neurológica que los/as pacientes control con lesiones similares y la progesterona fue bien tolerada (Xiao et al., 2008; Wright et al., 2007). Se necesita más investigaciónpara:

  • Evaluar riesgos y beneficios del tratamiento con progesterona de acuerdo a las características de los/las pacientes (tales como sexo y edad) y de las lesiones.
  • Dilucidar los mecanismos por medio de los cuales la progesterona protege contra el daño cerebral en TBI.
Innovación de género 2: el muestreo que considera al ciclo estral y la menopausia logra avances en el conocimiento básico del sistema inmune

Al incluir ratones hembras en los experimentos, los/las científicas descubrieron que las hormonas sexuales son importantes en la función del sistema inmune. Cuando los ratones hembras fueron expuestos a los antígenos y luego muestreados durante el estro o el diestro,  sus respuestas inmunológicas en el bazo fueron similares a aquellas observadas en machos. Pero cuando los ratones hembras fueron muestreados durante el proestro o el metaestro, su recuento de anticuerpos superó en más del triple al de los machos (Krzych et al., 1978). Correlacionando estas diferencias con las concentraciones de progesterona y estrógeno (que también varían a lo largo del ciclo estral), fue posible develar la influencia de las hormonas sexuales en la función inmunológica (Bergman et al., 1992).

Los modelos animales de menopausia —aún en desarrollo (ver Próximos pasos, a continuación)— han demostrado que los cambios inmunológicos acompañan esta transición hormonal. Cuando los ratones son ovariectomizados y experimentan una “menopausia aguda”, presentan una «disminución de la quimiotaxis de linfocitos,  proliferación de células T inducida por mitógenos y producción de [Interleuquina-2]» (Marriott et al., 2006).

La comprensión de la relación entre las hormonas y la función inmunológica es relevante para tratar numerosas enfermedades,  incluyendo las autoinmunes y la infección por VIH. Por ejemplo, se han usado modelos de animales para investigar por qué la carga viral de VIH tiende a aumentar con mayor rapidez en hombres que en mujeres (Meier et al., 2009).

Innovación de género 3: fortalecer estándares de salud ambiental

Además de su aplicación en investigación básica y pruebas preclínicas, los modelos de animales son esenciales para el monitoreo ambiental y la evaluación de toxicidad de las sustancias químicas. El Instituto de la Salud y Protección de los Consumidores de la Comisión Europea (IHCP) y el Programa Nacional de Toxicología de EE UU (NTP) han analizado modelos de referencia para mejorar los estándares ambientales (ver Método).

– Método: repensar estándares y modelos de referencia

La consideración del sexo en los modelos de referencia de toxicología es importante: tanto los organismos modelos como los humanos muestran diferencias por sexo en la sensibilidad a ciertas toxinas, y en algunos casos, un compuesto puede tener efectos cualitativamente diferentes en hembras y machos —particularmente si el compuesto es un disruptor endocrino (ver estudio de Caso: Sustancias químicas en el ambiente).

El Instituto para la Salud y Protección al Consumidor (IHCP por sus siglas en inglés) aplica una “prueba letal recesiva ligada al sexo” en Drosophila como modelo de mutación con el fin de investigar sustancias químicas con actividad mutagénica (Comisión Europea, 2008.

Estándares y modelos de referencia en la Unión Europea

El IHCP de la Comisión Europea tiene requisitos rigurosos para el muestreo y análisis por sexo (Comisión Europea, 2008):

1. Inclusión de animales machos y hembras. Por ejemplo, en las pruebas de toxicidad por inhalación, los/las investigadoras deben utilizar la misma cantidad de hembras y machos por cada nivel de concentración. En otras pruebas, se da preferencia al sexo más sensible a una toxina en particular, generalmente las hembras.

2. Reporte del sexo de los sujetos de estudio. Independientemente de si un experimento se realiza con un solo sexo o con ambos, el IHCP solicita que se informe la “cantidad, edad y sexo de los animales”.

3. Muestreo de hembras preñadas para detectar toxicidad del desarrollo. Este protocolo permite a las/los investigadores reunir “información concerniente a los efectos de la exposición prenatal del animal de prueba preñado en estudio y del organismo desarrollándose en el útero”.

Estándares y modelos de referencia en EE.UU.

El Programa Nacional de Toxicología de EE UU (NTP) requiere análisis por sexo en todos los estudios de rutina sobre toxicidad en animales (NTP, 2006), que deben:

1. Reportar el sexo de los sujetos de estudio. El NTP establece que “los datos deben estar tabulados y organizados por especie, sexo y grupo de tratamiento”.

2. Analizar los resultados por sexo y reportar hallazgos nulos. Todos los análisis realizados por el NTP señalan la presencia, ausencia y significancia estadística de las diferencias por sexo.

3. Analizar los factores que se intersectan con el sexo. Se debe controlar el peso en todos los análisis, de manera que la diferencia de peso no se reporte incorrectamente como diferencia por sexo o viceversa.

Conclusiones

Innovaciones de género:

1. Fisiología y patofisiología:La inclusión de animales hembras en estudios experimentales condujo a nuevos conocimientos sobre traumatismo cerebral, resultando en nuevas terapias. El muestreo considerando el sexo y el estado hormonal también ha generado conocimiento sobre la regulación hormonal del sistema inmunológico, relevante para el tratamiento de enfermedades autoinmunes e infecciones. Esta información se está aplicando en la actualidad al desarrollo de dosis de tratamiento con vacunas (Klein et al., 2010; Organización Mundial de la Salud, 2010).

2. Política reglamentaria: El análisis por sexo se ha tornado crítico en los esfuerzos tanto de EE.UU. como de la UE para comprender, prevenir y controlar la contaminación ambiental.

Próximos pasos
– A. Es necesario que la investigación futura incluya:

1. El análisis por sexo a nivel tisular y celular. El análisis por sexo en la investigación básica se ha desarrollado primariamente en estudios animales y se ha centrado en las diferencias por sexo mediadas hormonalmente. Con escasa frecuencia el sexo se analiza o reporta en estudios concernientes a células cultivadas o tejido extraído. Un estudio de artículos de enfermedades cardiovasculares publicados en revistas de alto impacto revisadas por pares demostró que sólo el 20-28% de los artículos que describen investigaciones en nuevas líneas celulares consignaban el sexo de las células usadas. De la minoría de los estudios que efectivamente informaban sexo, 69% utilizaban sólo células masculinas (Taylor et al., 2011). Esta disparidad es preocupante porque las investigaciones emergentes sugieren que la consideración del sexo celular es importante en el desarrollo de terapias con células madre).

2. Analizar factores de intersección con el sexo para evitar el énfasis exagerado en las diferencias por sexo. No todas las diferencias observadas entre animales, células o tejidos machos y hembras —o entre hombres y mujeres— se deben al sexo biológico. El análisis de los factores que se intersectan con el sexo y género es crítico para evitar el énfasis exagerado en las diferencias por sexo. Los factores importantes incluyen dieta, niveles hormonales y especie. Las interacciones maternales poco después del nacimiento contribuyen a las diferencias por sexo en el comportamiento: Las ratas madres interactúan de manera distinta con las crías machos y hembras, provocando diferencias en el desarrollo (Moore, 1992).

3. Desarrollo de modelos animales en menopausia. Se necesitan modelos animales de menopausia, validados y de alta calidad. Aunque los primates experimentan un proceso similar a la menopausia, el desafío de usarlos y la escasez de animales hembra de mayor edad constituyen una limitante a la investigación. La menopausia se puede inducir quirúrgicamente en animales mediante la ovariectomía, que modela la ooforectomía bilateral en mujeres, pero puede no ser comparable a la menopausia humana natural (Bellino et al., 2003). Las estrategias para modelar menopausia humana en roedores incluye tratar ratones o ratas con drogas que inducen la falla ovárica prematura y usar ratones transgénicos (tales como cepa Foxo3a-/-) que presentan senescencia ovárica acelerada (Wu et al., 2005).

4. Estudiar género en la investigación en animales. El hecho de colocar animales hembras y machos en diferentes ambientes físicos y sociales puede tener marcados efectos en su comportamiento y resultado experimental y es necesario considerar el género para garantizar que los sistemas de alojamiento y manipulación no resulten en un sesgo sistemático (Holdcroft, 2007). En particular, si las/os investigadores esperan una cierta diferencia en cuanto a sexo, pueden manipular o alojar a los animales machos o hembras de modo diferente, a fin de causar dicha diferencia; o pueden optar por una prueba conductual específica capaz de provocar tal diferencia (Birke, 2011). El alojamiento y la manipulación pueden determinar los niveles de estrés que alteran tanto los perfiles conductuales como los bioquímicos (Beck et al., 2002).

– B. Los próximos pasos de la política incluyen:

1. Requerir a las/os investigadores que reporten el sexo de los sujetos.Las entidades que otorgan subsidios y a editores de publicaciones periódicas pueden requerir el reporte del sexo para financiar la investigación o publicar los hallazgos. Reportar el sexo de los organismos modelos evita las generalizaiones inapropiadas, facilita el meta-análisis, y puede demostrar dónde los animales de un sexo no han sido tenidos en cuenta. Los principales financiadores de biociencia, incluyendo el Medical Research Council (MRC) del Reino Unido, en la actualidad requiere que las y los investigadores reporten “especie, cepa, sexo, etapa del desarrollo […] y peso de los animales.” Las publicaciones periódicas más destacadas, incluso Nature y las publicaciones de la Biblioteca Pública de Ciencia (Public Library of Science) han establecido los mismos requisitos (National Centre for the Replacement, Refinement, andReduction of Animals in Research, 2008; Kilkenny et al., 2010).

2. Requerir estudios de ambos sexos y análisis por sexo. Los organismos gubernamentales pueden requerir que, cuando sea oportuno, los estudios financiados con fondos públicos incluyan animales de ambos sexos y se diseñen con el “tamaño de muestra adecuada” para cada sexo. Quienes financian, ya sea de origen público o privado, pueden “tratar la inclusión de animales hembras como una cuestión de mérito científico que afecta la financiación” (Beery et al., 2011).

3. Estandarizar el uso de “sexo” y “género” en relación a la investigación en animales. En la actualidad, los términos “sexo” y “género” se utilizan indistintamente en la investigación en animales, lo que complica la búsqueda en literatura y el meta-análisis. Sexo y género no son intercambiables. Estandarizar el uso y utilizar “sexo” para referirse a la característica biológica de ser macho o hembra sería la solución a este problema (Marts, 2004).

Caso de estudio:

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Bibliografía

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