Vervangen, verminderen en verfijnen - WUR maakt werk van minder dierproeven

Soorten dierproeven bij WUR

In deze longread geven we een overzicht van de verschillende soorten dierproeven die Wageningen University & Research doet ten behoeve van het onderwijs, wetenschappelijk onderzoek en wettelijke taken die WUR uitvoert voor de overheid. Dat varieert van het gebruik van dode dieren in practica voor studenten, het wettelijk verplicht testen van nieuwe diervaccins en het monitoren van visserijbestanden tot onderzoek naar de veerkracht (het aanpassingsvermogen) van landbouwhuisdieren en experimenten waarbij muizen en ratten fungeren als wetenschappelijk model voor de mens.

Vervangen, verminderen en verfijnen

Deze longread schetst ook hoe WUR-onderzoekers op allerlei manieren werken aan het verminderen van het aantal dierproeven. Veel onderzoek kan tegenwoordig ook - en soms zelfs beter en goedkoper - met vervangende methoden worden gedaan, bijvoorbeeld via weefselkweek of computermodellen. Daar waar vervangen niet mogelijk is en dierproeven noodzakelijk en zelfs wettelijk verplicht zijn, voeren we de experimenten met zo min mogelijk proefdieren uit. En we zijn voortdurend bezig om het ongerief voor de dieren zo gering mogelijk te houden en het leven van de proefdieren zo prettig mogelijk te maken. In ons onderzoek en onderwijs staan de 3 V’s centraal: Vervanging, Vermindering en Verfijning.

Uitgelicht

Zoeken naar behandelingen tegen diabetes

Overgewicht is een groeiend maatschappelijk probleem. "Overgewicht kan onder meer bijdragen aan het ontstaan van diabetes, hart- en vaatziekten, vervetting en ontsteking van de lever en aan een stofwisselingsziekte, het metabool syndroom", zegt de Wageningse voedingsexpert Sander Kersten. "Wij onderzoeken hoe dat komt, in onze zoektocht naar aanknopingspunten om diabetes te behandelen."

Lees verder over onderzoek naar diabetes

Als hoogleraar Molecular Nutrition aan WUR onderzoekt Kersten de werking van vet in voeding op cel- en moleculair niveau. "Vaak werken we met proefpersonen. Met een naald nemen we een monster van het vetweefsel in hun buik, een biopt. Maar we werken ook met speciale muizenstammen, die extra gevoelig zijn om overgewicht te krijgen op een bepaald dieet.”

De onderzoekers beschikken daarnaast over verschillende typen transgene muizen. Die missen bijvoorbeeld één bepaald gen. Met deze proefdieren kan men in experimenten inzicht krijgen in de rol van dat specifieke gen in het ingewikkelde stofwisselingsproces. Ook wordt gekeken hoe dieren met diabetes op nieuwe experimentele medicijnen reageren. Kersten: "Bij mensen is zulk onderzoek veel moeilijker uitvoerbaar. Want het zou betekenen dat je mensen aan onevenredige risico’s blootstelt."

Door de jaren heen heeft Kersten al veel alternatieven voor dierproeven zien opkomen. "Eerst had je dan één type cel in een kweekschaaltje. Daarna konden we meerdere celtypen bij elkaar gaan kweken. En inmiddels kunnen we ook driedimensionale structuren kweken, als een mini-orgaantje. Dat is een belangrijke vooruitgang."

Feit blijft echter dat de diverse organen in het complexe menselijk lichaam voortdurend met elkaar in verbinding staan. "Het vetweefsel praat met de lever en de lever weer met de darm", zegt Kersten. "Het is een enorme uitdaging om al die processen in celkweek na te bootsen." Wereldwijd wordt ook veel energie gestoken in het modelleren van biologische processen in de computer. Maar omdat in het menselijk lichaam zelfs op celniveau al miljoenen stoffen met elkaar in interactie zijn, valt dat nog niet mee. Kersten: "Als een model te sterk vereenvoudigd is, is de voorspellende waarde beperkt."

Gezonde dieren in de veehouderij

Wageningse dieronderzoekers onderzoeken hoe aanpassingen in de huisvesting van landbouwhuisdieren ervoor kunnen zorgen dat ze gezonder blijven en beter opgewassen zijn tegen bijvoorbeeld infecties of hittestress. Het nemen van een bloedmonster om gezondheidsinformatie over dieren te verkrijgen, is een dierproef. Denk dan bijvoorbeeld aan het meten van corticosteroïden in het bloed van kippen om inzicht te krijgen in het stressniveau.

Vanwege het klimaatprobleem onderzoeken WUR-wetenschappers hoe je via het voer de samenstelling van de mest of de hoeveelheid methaan die koeien produceren kunt beïnvloeden. Koeien worden daarvoor soms een tijdje in een zogeheten ‘respiratieruimte’ neergezet om heel precies emissies te kunnen meten, bijvoorbeeld van methaan. Ook dat onderzoek geldt als een dierproef.

Uitgelicht

Veerkracht bij varkens

Binnen de leerstoelgroep Adaptatiefysiologie wordt onderzoek gedaan naar de veerkracht van varkens. Hoe snel herstellen de dieren bijvoorbeeld van hittestress of de stress van een transport? En wordt hun veerkracht groter als hun huisvesting beter aan hun natuurlijke behoeften voldoet? Veel welzijns- en gedragsproblemen in de dierhouderij komen voort uit een mismatch tussen het aanpassingsvermogen van de dieren en de omstandigheden waaronder ze worden gehouden. Onderzoekers kijken naar allerlei factoren die de veerkracht van varkens kunnen verbeteren, zoals hun erfelijke aanleg, ervaringen van de biggen in hun jeugd en omgevingskenmerken.

Lees verder over onderzoek naar veerkracht

Een deel van dit welzijnsonderzoek valt onder de Wet op de dierproeven. Bijvoorbeeld als de dieren een stof krijgen waardoor ze zich een dag ziek voelen, of als hun stal tijdelijk warmer wordt gemaakt bij onderzoek naar hittestress. Ook als de varkens worden rondgereden om transportstress te onderzoeken, geldt dat als een dierproef, omdat het ongerief bij de dieren veroorzaakt. Andere methoden, zoals gedragsobservaties, gelden niet als dierproef in de zin der wet.

In het onderzoek wordt in toenemende mate gebruik gemaakt van alternatieven voor dierproeven. Zo wordt een thermocamera gebruikt om de huidtemperatuur van de varkens te meten. Ook kunnen er allerlei hormoonbepalingen in het speeksel worden gedaan. Dit speeksel wordt verzameld door de varkens te laten kauwen op wattenstokjes. Daar komen ze heel nieuwsgierig op af. De onderzoeksgroep is ook bezig met het ontwikkelen van geautomatiseerde systemen zoals videomonitoring om veranderingen in het gedrag van de varkens op te sporen die wijzen op verminderde veerkracht.

Gezelschapsdieren, lama’s en wilde dieren

Een klein deel van het Wageningse onderzoek betreft gezelschapsdieren. Zo doet WUR voedingsonderzoek met katten, die bekend staan als zeer kieskeurige eters. Veel gezondheidsproblemen van huiskatten houden verband met hun voeding: ze worden te dik of krijgen last van hun nieren, hun blaas of haarballen.

WUR heeft een eigen kattenkolonie, die wordt ingezet voor het voedingsonderzoek. De katten leven in de kolonie samen met soortgenoten. Als ze in een proef zitten, worden ze gedurende een aantal dagen twee keer per dag zo’n anderhalf uur apart gezet om te eten, te plassen en te poepen. Dan weten de onderzoekers precies hoe voeropname, urineproductie en poep met elkaar samenhangen. Dit apart zetten veroorzaakt ongerief en daarom geldt dit als dierproef. Als de katten 9 jaar oud zijn gaan ze met pensioen. Ze worden dan geadopteerd door WUR-medewerkers.

Heel speciale proefdieren zijn de lama’s die WUR houdt voor fundamenteel immunologisch onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe vaccins. De lama heeft een heel bijzonder immuunsysteem. Zijn antilichamen hebben veel kortere ketens dan de antilichamen van alle andere diersoorten. Vanwege hun bijzondere respons zijn de lama-antilichamen zeer geschikt om bij immuunreacties met merkstoffen te ‘labelen’. Om aan deze lama-antilichamen te komen, wordt van tijd tot tijd bloed bij de lama’s afgenomen.

Bij WUR wordt veel ecologisch onderzoek gedaan. Soms krijgen wilde dieren, zoals otters, haaien of vleermuizen, een zender mee om hun gedrag in het veld te kunnen volgen. Als zo’n zender onderhuids wordt aangebracht, of op het dier wordt vastgemaakt, is er sprake van een dierproef en is een vergunning nodig. Het ringen van vogels geldt volgens de wet niet als dierproef.

Wettelijke taken

Dierproeven die WUR doet, worden vaak uitgevoerd in het kader van wettelijke taken. Dat is het onderzoek dat Wageningen Research doet in opdracht van de overheid, meestal gebaseerd op internationale verdragen in het kader van volksgezondheid en diergezondheid.

Zo wordt elke partij diervaccins die op de markt komt, verplicht eerst op proefdieren getest. Om het gebruik van bepaalde pijnstillers, hormonen en andere niet toegelaten middelen in de veehouderij op te kunnen sporen, worden regelmatig monsters van dieren van verdachte bedrijven vergeleken met monsters van schone dieren, die dan als controlegroep dienen. Het verkrijgen van zulke controlemonsters is een dierproef.

Voor het definitief vaststellen van dierziektes zijn testen op gezonde dieren onder gecontroleerde omstandigheden nog vaak ‘de gouden standaard’, maar steeds vaker kan de diertest vervangen worden door DNA-onderzoek.

Visbestanden monitoren

Vissen vormen ruim 60 procent van het totale aantal proefdieren bij WUR. Het onderzoek betreft vooral het monitoren van visbestanden op zee – ook een wettelijke taak in het kader van EU-regelgeving. De vissen worden gevangen en gedood, zodat de onderzoekers aan de gehoorsteentjes van de vissen informatie over hun leeftijd en ontwikkeling af kunnen lezen. De onderzoeksresultaten worden gebruikt om de visquota voor het volgende jaar vast te stellen. Om overbevissing te voorkomen stellen internationale autoriteiten op grond van de monitoring elk jaar vast hoeveel ieder land van elke vissoort mag vangen. Als op zee gevangen vissen worden gedood voor consumptie geldt dat niet als dierproef, maar als ze op vergelijkbare wijze worden gevangen en gedood voor het monitoren van visbestanden, valt dat in Nederland onder de Wet op de dierproeven.

Vervanging, vermindering en verfijning van dierproeven

Wageningen University & Research werkt op diverse manieren aan vervanging, vermindering en verfijning van dierproeven, de zogeheten 3 V’s. Een deel van het onderzoek kan tegenwoordig ook – en soms zelfs beter en goedkoper - met alternatieve methoden worden gedaan, bijvoorbeeld via weefselkweek of computermodellen (vervanging). Daar waar vervangen niet mogelijk is en dierproeven noodzakelijk en zelfs wettelijk verplicht zijn, voeren we de experimenten met zo min mogelijk proefdieren uit (vermindering). En we zijn voortdurend bezig om het ongerief voor de dieren zo gering mogelijk te houden en het leven van de proefdieren zo prettig mogelijk te maken (verfijning).

Zoektocht naar alternatieven

WUR werkt actief aan de ontwikkeling van allerlei alternatieven voor dierproeven. Zo werken we al langere tijd aan proefdiervrije alternatieven voor de ‘bioassays’ om de aanwezigheid van ziektekiemen in een groep dieren of bepaalde hormoonspiegels in het bloed vast te stellen. Nieuwe, gevoelige laboratoriumtechnieken en DNA-onderzoek kunnen uiteindelijk betrouwbaardere testen opleveren dan de traditionele bioassays waarbij dieren besmet worden, of de stof toegediend krijgen en vervolgens naar hun reacties daarop gekeken wordt. Ook werken we aan weefselkweek, mini-orgaantjes (organoïden) en zelflerende computermodellen, die werken met ‘big data’.

Bij het zoeken naar alternatieven voor dierproeven spelen naast de persoonlijke motivatie van de onderzoeker, ook de hoge kosten van onderzoek met proefdieren en de aangescherpte eisen mee. Een vraagstelling die puur wetenschappelijk gezien heel interessant zou zijn, kan op moreel-ethische gronden niet acceptabel worden geacht. De onafhankelijke commissie die oordeelt over alle dierproeven weegt het belang van het onderzoek zorgvuldig af tegen de mate van ongerief voor de proefdieren. Als die afweging negatief uitpakt voor het onderzoeksvoorstel, krijgt de onderzoeker geen vergunning voor de dierproef.

Onderzoekers moeten een uitgebreid vergunningentraject doorlopen voor ze een dierproef kunnen uitvoeren. Zo’n aanvraag opstellen vraagt een forse tijdsinvestering van de onderzoekers. Ook de uitvoering is een intensief, kostbaar traject. De wet stelt bijvoorbeeld strikte eisen aan faciliteiten voor proefdieren en aan de medewerkers. Zij moeten speciaal hiervoor opgeleid zijn en regelmatig bijscholing krijgen. Dat zijn extra redenen om het aantal dierproeven zo veel mogelijk te beperken.

Uitgelicht

Nieuwe snelle botulismetest spaart muizenlevens 

Elke zomer worden recreanten bij warm weer gewaarschuwd voor mogelijk botulisme in het zwemwater. Botulisme is een ernstige ziekte die veroorzaakt wordt door de gifstoffen (neurotoxines) van een bacterie, Clostridium botulinum. Er bestaan verschillende types gifstoffen, aangeduid als A-H en de gevoeligheid voor deze types verschilt per diersoort.

Lees verder over de botulismetest

"Het gif legt de prikkeloverdracht van de zenuwen naar de spieren plat", vertelt veterinair microbioloog Miriam Koene van Wageningen Bioveterinary Research. "Daardoor kunnen levensbedreigende verlammingen ontstaan, zowel bij dieren als bij mensen." Vissen en watervogels kunnen er aan sterven. Ook komt botulisme voor bij paarden, pluimvee en rundvee, vaak in de vorm van uitbraken waarbij grote aantallen dieren zijn betrokken. Heel soms raken ook mensen besmet. Meestal door het eten van besmet voedsel. Vaak gaat het dan om zelf geweckt voedsel, en bij baby’s om honing.

Wageningen Bioveterinary Research is het nationale referentiecentrum voor botulisme. Vroeger werd de aanwezigheid van botulisme aangetoond door muizen te besmetten met het te onderzoeken materiaal. Miriam Koene en haar collega’s ontwikkelden enkele DNA-testen (PCR) om de ziekteverwekker meteen aan te tonen, zonder gebruik van proefdieren.

"Botuline is het krachtigste natuurlijke gif op aarde, veel sterker dan slangengif", vertelt Koene. "Een miljardste gram kan al gevaarlijk zijn. Daarom moet zo'n test ook buitengewoon gevoelig zijn. Nu hebben muizen de pech dat zij zeer gevoelig zijn voor alle verschillende typen van dit gif. Daarom zijn de testen op muizen nog altijd de internationale standaard, al wordt er internationaal al tientallen jaren naar alternatieve testen gezocht."

De PCR-testen die Koene invoerde, herkennen toxinegenen in het DNA van de bacterie in het te testen materiaal. Deze testen tonen dus niet de toxines zelf aan, maar worden gebruikt als pre-screening en zijn soms voldoende voor een snelle diagnose in situaties waar ook andere indicaties voor botulisme zijn, bijvoorbeeld als er bij warm weer verlamde watervogels worden aangetroffen."

Door PCR-testen in te zetten, is het gelukt om het aantal muizen voor de botulismediagnostiek met meer dan 90 procent te verminderen”, vertelt Koene. “Maar om de botulinetoxines zelf aan te tonen wordt nog wel de muizentest gebruikt, om daarmee de diagnose met absolute zekerheid te kunnen stellen. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij verdenkingen van botulisme bij mensen."

Onderwijs

In het onderwijs bij de WUR is het gebruik van proefdieren de afgelopen jaren sterk verminderd. Waar mogelijk wordt materiaal van slachthuizen gebruikt. Voor het practicum anatomie van zoogdieren bewaart de universiteit tegenwoordig in de vriezer biggen die dood geboren zijn, of kort na de geboorte gestorven. Voor een practicum waarin voedingsstudenten moeten nagaan hoe suiker in de darm wordt opgenomen en hoe dat kan worden beïnvloed, wordt bij een groep van 16 studenten nog maar één rat gebruikt. In de cursus proefdierkunde moeten studenten leren hechten, maar dat leren ze tegenwoordig op binnenbanden van fietsen.

Ervaring opdoen met echte dieren blijft echter onmisbaar voor studenten die verder willen in de dierwetenschap. Ook is het belangrijk dat studenten tijdens hun opleiding de kans krijgen om uit te zoeken of zij rechtstreeks met dieren willen werken of niet en zo ja, dan moeten ze de kans krijgen om daar tijdens hun opleiding bedreven in te worden. Daarvoor blijven contact met dieren en dierproeven nodig.

Veldonderzoek

Ook in het veldonderzoek zijn nieuwe technologieën in opkomst als alternatieven voor dierproeven. Zo maakt de moderne DNA-technologie het mogelijk om heel veel informatie over wilde dieren te verzamelen zonder ze te doden of zelfs maar te vangen en verdoven om bloedmonsters te nemen, want de DNA-bepalingen in de uitwerpselen van de dieren zijn een rijke bron van informatie. WUR-onderzoekers weten alles van de wolven op de Veluwe zonder ze ooit te zien.

• Beluister een fragment over DNA ontleden met watermonsters

Prescreening zonder proefdieren

Ook voor toxiciteitstesten, hormoonbepalingen en andere metingen worden systematisch alternatieve methoden ontwikkeld. Het gebruik van proefdieren voor toxicologisch onderzoek wordt teruggedrongen. Zo worden partijen eerst voorgetest (pre-screening) via weefselkweektesten en pas als er sprake is van een verdenking worden proefdieren ingezet.

Uitgelicht

Schadelijke stoffen in ons voedsel

Hoe meet je of er schadelijke stoffen in ons voedsel zitten? Onderzoekers van Wageningen Food Safety Research doen veel toxicologisch onderzoek naar schadelijke stoffen in ons voedsel. Hoe gemakkelijk worden ze opgenomen en hoe lang blijven ze in ons lichaam? Ook wordt onderzocht in hoeverre schadelijke stoffen via dierlijke producten als melk, vlees en ei op ons bord kunnen belanden.

Lees verder over schadelijke stoffen in voedsel meten

"Vroeger deden we in ons voedselveiligheidsonderzoek veel proeven met knaagdieren, zoals ratten en muizen", vertelt Lonneke van der Geest, business unit manager van het Wageningse instituut voor voedselveiligheid. "Dan stelde je de dieren bloot aan toxische stoffen en daarna onderzocht je ze op mogelijke fysiologische afwijkingen en problemen en vertaalde je uitkomst naar de mens. Nu doen we dat onderzoek zo veel mogelijk met behulp van gekweekte menselijke cellen, in vitro. Je kunt nooit een hele muis of rat in een petrischaaltje nabootsen, maar wel allerlei losse aspecten tamelijk goed in vitro bestuderen. vervolgens probeer je dan het totaalplaatje samen te stellen."

Een belangrijk aspect van voedselveiligheid is de mogelijke opname door de darm en via de darm in het bloed. Daarvoor worden darmcellen onderzocht. Hoe passeren stoffen de darm? Worden ze opgenomen in het bloed? Ook levercellen worden nauwkeurig bestudeerd: hoe worden stoffen in de lever omgezet en afgebroken en welke tussenproducten ontstaan daarbij? En wat is het mogelijke toxische effect van stoffen op bijvoorbeeld lever-, nier- en hersencellen?

Lonneke van der Geest: "Ons onderzoek is vooral gericht op het ontwikkelen van alternatieve toxiciteitstesten om het proefdiergebruik te verminderen. Vaak zijn die alternatieve testen ook betrouwbaarder. Onze lever is immers niet identiek aan een muizenlever. Dat zie je ook in het geneesmiddelenonderzoek: soms krijgt een mens allerlei bijwerkingen die een muis niet heeft. En omgekeerd beschikken menselijke cellen bijvoorbeeld over allerlei enzymen om stoffen af te breken die een muis niet heeft."

Foto: Gekweekte darmcellen op een microscoopglaasje waarlangs, net als in de darm, vloeistoffen stromen. Zo wordt vertering nagebootst.

Organoïden als alternatief

Dierproeven worden in toenemende mate vervangen door experimenten waarbij gebruik wordt gemaakt van weefselkweek en tegenwoordig ook van organoïden. Dat zijn mini-orgaantjes, gekweekt uit een weefselmonster (een biopt), waarin allerlei levende cellen in een netwerk functioneren. Dit wordt al met spier-, darm- en leverweefsel gedaan.

Op deze organoïden kunnen allerlei testen worden uitgevoerd. Om een medicijn voor varkens te testen, hoef je alleen nog een stukje orgaan van een varken in het lab te besmetten in plaats van een dier. Humane voedingsonderzoekers gebruiken organoïden om allerlei ingrediënten en nutriënten voor te testen. Ze kunnen vaak pretesten zonder proefdieren, om alvast de meest kansrijke opties te selecteren.

Voor het maken van organoiden is wel weefsel van de dieren (of mensen) nodig. Het nemen van een weefselmonster van een levend (biopt) of daarvoor gedood dier geldt in Nederland als een dierproef, maar met een zo’n monster kunnen heel veel proeven gedaan worden. Bovendien is het nemen van een biopt voor het dier meestal minder belastend dat het ondergaan van een proef.

Verminderen en verfijnen

Het verminderen en verfijnen van het aantal dierproeven blijkt in de praktijk minder eenvoudig dan het vervangen ervan. Een proef moet voldoende omvang hebben om tot betrouwbare, statistisch significante resultaten te komen. Redacties van wetenschappelijke tijdschriften geven soms de voorkeur aan een standaard proefopzet en stellen extra eisen als onderzoekers daarvan afwijken. WUR onderzoekt daarom met statistische modellen wat nu precies de samenhang is tussen proefopzet en betrouwbaarheid van de resultaten.

Als het gaat om sociale dieren, zoals kippen, moeten er enerzijds voldoende dieren in elk hok zitten om normaal sociaal diergedrag mogelijk te maken. Anderzijds wil men liefst zo weinig mogelijk dieren in een hok zetten, om daarmee het totale aantal proefdieren zo klein mogelijk te houden.

Het verfijnen van dierproeven bestaat onder meer uit het zorgen voor optimale huisvesting met volop afleidingsmateriaal. Ook is het belangrijk om het onderzoek zo op te zetten dat sociale diersoorten niet geïsoleerd worden, maar contact met soortgenoten kunnen hebben. Verfijning betekent ook dat de dieren wennen aan het omgaan met mensen en aan bepaalde handelingen. Katten worden bijvoorbeeld getraind om bloed te geven, waarna ze dan een snoepje als beloning krijgen.

Deze vormen van verfijning zijn vaak relatief kostbaar vanwege de investeringen in aangepaste huisvesting en de extra tijdsinvestering. Om ervoor te zorgen dat de verfijning toch verder wordt doorgezet, reserveert WUR hiervoor extra geld. Een investering in verfijning kan zich soms overigens ook netto terugbetalen. Steeds meer metingen, bijvoorbeeld van hartslag en lichaamstemperatuur, kunnen tegenwoordig op afstand worden uitgevoerd. Deze telemetrie is een vorm van verfijning, die uiteindelijk minder personele inzet vereist.