Obrazowanie przedkliniczne – pojęcie odnoszące się do obrazowania medycznego przeprowadzanego w fazie przedklinicznej badań eksperymentalnych. Może być przeprowadzane in vitro na komórkach i tkankach wyizolowanych z organizmów zwierząt lub in vivo na żywym organizmieJ. Olszewski, A. Jabłecka, J. Piątek, W. Samborski, J. Zawadziński, "Badania eksperymentalne - przedkliniczne na zwierzętach", Nowiny Lekarskie 2011, 80, 3, 219–221. Stosuje się również odmianę in vivo nazywaną ex vivo, która od in vivo różni się tym, że materiał biologiczny jest pozyskiwany z żywego organizmu w celu jego modyfikacji in vitro i ponownego podania z powrotem do organizmu, z którego go pozyskano. W odróżnieniu od klasycznego obrazowania diagnostycznego (diagnostyki obrazowej), obrazowanie przedkliniczne skupia się głównie na wykrywaniu zaburzeń na poziomie molekularnym, które stoją u podstaw rozwoju procesów chorobowych, a nie na widocznych końcowych efektach tych procesówR. Weissleder, U. Mahmood, "Molecular Imaging", Radiology 2001; 219:316–333. Wykorzystując techniki biomedyczne, biotechnologię, nanoinżynierię oraz przetwarzanie i analizę obrazów, obrazowanie to pozwala na obserwację organów, tkanek, komórek czy molekuł w badanych obiektach pod kątem zmian powstałych na skutek oddziaływania różnych substancji lub czynników środowiskowych. Bezinwazyjne metody obrazowania in vivo, umożliwiając głębsze zrozumienie zarówno procesów chorobowych jak i zachowania substancji w organizmie, zyskały duże znaczenie zwłaszcza w badaniach nad rozwojem lekówJ. K. Willmann, N. van Bruggen, L. M. Dinkelborg, S. S. Gambhir, "Molecular imaging in drug development", Nature Reviews Drug Discovery 7, 591-607 (July 2008). Do obrazowania całych organizmów lub ich organów zwykle wykorzystywane są: mikro-ultrasonografia (USG), obrazowanie magnetycznego rezonansu jądrowego (ang. magnetic resonance imaging, MRI) oraz tomografia komputerowa (ang. computed tomography CT), natomiast do obrazowania molekularnego stosuje się częściej emisyjną tomografię pozytonową (ang. positron emission tomography] PET), komputerową tomografię pojedynczego fotonu (ang. single photon emission computed tomography] SPECT), tomografię fotoakustyczną (ang. photoacoustic tomography] PAT) oraz techniki obrazowania optycznego: bioluminescencję i fluorescencję.
Faza przedkliniczna badań eksperymentalnych Badania eksperymentalne można podzielić na pięć faz: badania podstawowe (laboratoryjne) – synteza nowych związków chemicznych, badania przedkliniczne – ocena działania związku poprzez próby in vivo i in vitro, badania kliniczne fazy I – pierwszy kontakt testowanego środka z organizmem człowieka; ocena bezpieczeństwa stosowania, badania kliniczne fazy II – określenie działania leku, jego dawki, wchłaniania, metabolizmu, wydalania, badania kliniczne fazy III – ostateczne stwierdzenie skuteczności badanej substancji, Badanie eksperymentalne w fazie drugiej (przedklinicznej), do której zalicza się obrazowanie przedkliniczne, stanowią podstawę w badaniu właściwości leków. Jest to pierwszy etap właściwych badań nad wyodrębnioną we wcześniejszych testach substancją, mającą znaleźć później zastosowanie w medycynie. Substancja taka musi przejść próby na komórkach in vitro oraz in vivo, co wiąże się z koniecznością przeprowadzania testów na zwierzętachZ. Koperwas, "Fazy przeprowadzania badań klinicznych" laboratoria.net. Badania na zwierzętach są podstawowym sposobem oceny wpływu różnych substancji na organizm człowieka i pozwalają przewidzieć skutki ich oddziaływania i/lub wyjaśnić przyczyny powstałej odpowiedzi i zachowania organizmu. Ponadto umożliwiają sprawdzenie działania np. kosmetyków, składników zawartych w badanym pokarmie czy np. wpływ środowiska na organizm itp. Zwierzęta najczęściej wykorzystywane w badaniach eksperymentalnychŹródło: opracowanie własne, na podstawiegatunekzastosowanie myszy badania farmakologiczne, onkologiczne, biochemiczne, mikrobiologiczne, immunologiczneszczurybadania farmakologiczne, toksykologiczne, onkologiczne, fizjologicznemyszoskoczkieksperymenty neurochirurgicznenornicebadania biomedycznekrólikibadania ciał gorączkotwórczych, badania działania miejscowo-drażniącego; apirogenność płynów aptecznych, immunizacja, badania ortopedyczneświnki morskiebadania farmakologiczne, toksykologiczne, immunologiczne, źródło leukocytów do badań w hodowlach komórkowychryby (Danio rerio)badania chemiczne, genetyczne, farmakologiczne
Główne zastosowania badań na zwierzętach to: analiza oddziaływań na tkanki organizmów żywych różnych komórek, które odpowiadają za rozwój procesów chorobotwórczych, śledzenie farmaceutyków i innych substancji w trakcie ich interakcji z tkankami, między innymi: badanie metabolizmu leków, określenie dawki śmiertelnej oraz optymalnej, badanie reakcji na różne stężenia danej substancji, rozwój biofarmaceutyków, radiofarmaceutyków.
Z powodu licznych kontrowersji wokół wykorzystywania zwierząt w eksperymentach, trwają poszukiwania alternatywnych rozwiązań. Początek tego nurtu datuje się na rok 1959, kiedy to R.L. Burch oraz zoolog W.M.S. Russell opublikowali pracę "The Principles of Humane Experimental Technique", w której przedstawili trzy koncepcje dążenia do wyeliminowania badań na zwierzętach, tak zwane 3R: Replacement (zastąpienie), Reduction (ograniczenie) oraz Refinement (doskonalenie)N. Ranganatha, I.J. Kuppast, "A Review of Alternatives to Animal Testing Methods in Drug Develompent", International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Vol 4, Suppl 5, 2012.
Regulacje prawne Badania stosujące eksperymenty na zwierzętach podlegają ścisłym unormowaniom prawnym. Najważniejszymi dokumentami regulującymi postępowanie w badaniach klinicznych są norma ISO 10993 oraz Ustawa o doświadczeniach na zwierzętach z dnia 21.01.2005 r. Instytucje sprawujące pieczę nad badaniami klinicznymi w Polsce to: Komisja Etyczna Badań na Zwierzętach, Lokalna Komisja Etyczna ds. Doświadczeń na Zwierzętach, Krajowa Komisja Etyczna ds. Doświadczeń na Zwierzętach, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego publikuje wykaz specjalnie przystosowanych jednostek badawczych, które spełniając wszystkie wymogi, uprawnione są do przeprowadzania eksperymentów na zwierzętach.
Wybrane jednostki uprawnione do badań eksperymentalnych w Polsce, według listy opublikowanej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego (2010r): Ośrodek Diagnostyczno – Badawczy Chorób Przenoszonych Drogą Płciową w Białymstoku, Akademia Świętokrzyska w Kielcach Wydział Matematyczno – Przyrodniczy, Instytut Przemysłu Organicznego oddział w Pszczynie, SLW BIOLAB s. c. Weterynaryjne Laboratorium Diagnostyczne w Ostródzie, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polska Akademia Nauk w Warszawie, Instytut Farmakologii Polska Akademia Nauk w Krakowie, Instytut Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego Polska Akademia Nauk w Warszawie, Państwowy Instytut Weterynaryjny – Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, Narodowy Instytut Leków w Warszawie, Wojewódzki Inspektorat Weterynaryjny w Katowicach Zakład Higieny Weterynaryjnej.
Rynek obrazowania przedklinicznego w Polsce Dostępne dane wskazują, że nowy lek wprowadzony na rynek pochłania nakłady ok. 3–3,5 mld złotych (warto zauważyć, że są to nakłady ponoszone na przestrzeni kilku do kilkunastu lat), z czego aż ok. 25% przypada na badania przedkliniczne i na pierwsze etapy badań klinicznych. W 2010 roku wartość rynku diagnostyki obrazowej osiągnęła 674 mln złotych (wartość rynku diagnostyki obrazowej rozumiana jest tu jako sprzedaż urządzeń diagnostycznych w danym okresie z następujących segmentów: medycyna nuklearna, rentgenodiagnostyka, rezonans magnetyczny, tomografia komputerowa i ultrasonografia). Według prognoz, sprzedaż na tym rynku miała rosnąć w tempie 16% rocznie i przekroczyć 1 mld złotych w 2012 roku. Głównie sektor publiczny przyczynia się do stabilnego rozwoju rynku. Wiele inwestycji finansowanych jest z funduszy UE (Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko czy Regionalne Programy Operacyjne). Dofinansowanie do zakupu aparatury do diagnostyki obrazowej można również uzyskać z funduszy krajowych. Głównym źródłem finansowania jest Narodowy Program Zwalczania Chorób Nowotworowych. Sprzęt do tradycyjnej diagnostyki (głównie USG) finansowany jest również przez Wielką Orkiestrę Świątecznej PomocyA. Stawarska,M. Stefańczyk, "W 2012 r. wartość rynku diagnostyki obrazowej przekroczy 1 mld zł", PMR Publications.
Obrazowanie molekularne jako obrazowanie przedkliniczne Do obrazowania przedklinicznego wykorzystuje się metody obrazowania molekularnego. Należy ono do technik biomedycznych i biotechnologicznych pozwalających na analizę molekularnych i wewnątrzkomórkowych zjawisk występujących w organizmach żywych i prowadzących do zrozumienia procesów fizjologicznych i patologicznych. Obrazowanie molekularne jest pochodną postępu w zakresie biologii komórkowej i molekularnej oraz metod projektowania leków. Szczególnie szybki rozwój tej dziedziny nastąpił w połowie lat 90. XX wieku, dzięki rosnącemu zainteresowaniu medycyną komórkową i molekularną oraz powstaniu i upowszechnieniu biotechnologii, rozwojowi technik laserowych i optoelektronicznych oraz dostępności dużych mocy obliczeniowych komputerów wymaganych do analizy uzyskiwanych obrazówT. Sołtysiński, A. Liebert, I. Zawicki, R. Maniewski, "Optyczne metody obrazowania molekularnego", Acta Bio-Optica et Informatica Medica 4/2008, vol. 14. W obrazowaniu molekularnym wyróżnić można techniki wykorzystujące egzogenne środki kontrastujące lub z zastosowaniem endogennych markerów, jak np.: micro-MRI, micro-PET, micro-CT czy micro-SPECT oraz techniki optyczne, jak bioluminescencja i fluorescencjaZ. Rogulski, "Obrazowanie molekularne w Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Uniwersytetu Warszawskiego", Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Uniwersytetu Warszawskiego, Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski. Dodatkowo istnieją jeszcze techniki niewykorzystujące markerów, jak micro-USG oraz micro-PAT. Zastosowania obrazowania molekularnego to między innymi: genetyka, karcynogeneza, badania nad genomem, testowanie terapii genowej.
Micro-MRI Obrazowanie za pomocą jądrowego rezonansu magnetycznego (magnetic resonance imaging, MRI) wykorzystuje właściwości magnetyczne jąder atomu wodoru. Jądra atomowe wodoru umieszczone w stałym zewnętrznym polu magnetycznym pochłaniają rezonansowo impulsy fal elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej. Impulsy te wysyłane są w kierunku pacjenta przez elektromagnes. Kolejne warstwy ciała pochłaniają impulsy, wytwarzając w odpowiedzi na nie miniaturowe wirujące pola magnetyczne. Pola te z kolei generują własne impulsy zwrotne, które odbierane są przez cewki odbiorcze znajdujące się w cylindrze wokół ciała pacjenta. Bezpośrednio mierzoną wielkością są sygnały prądu zmiennego indukowane w cewkach po pewnym czasie od zadziałania każdego impulsu pobudzającego. Komputer, obliczając rozkład amplitudy sygnału w płaszczyźnie danej warstwy, tworzy mapę z wektora magnetyzacji jąder wodoru. Zróżnicowanie tkanek na obrazie końcowym uzyskiwane jest dzięki różnicom zawartości wodoru w poszczególnych komórkach, które odpowiadają za powstawanie pól o odmiennych impulsach elektromagnetycznychB. Pruszyński, "Radiologia. Diagnostyka obrazowa. Rtg, TK, USG, MR i medycyna nuklearna", Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2005.