Talidomide e test di teratogenesi su animali tra mito e realtà

Il talidomide era un un farmaco indicato contro la nausea mattutina ed un sedativo, prescritto alle donne in gravidanza alla fine degli anni ’50 e all’inizio degli anni ’60. Passò tristemente alla storia a causa delle gravi malformazioni agli arti (focomelìa, amelìa) causate nei figli delle donne che ne avevano fatto uso.

talidomide

Secondo i sostenitori della sperimentazione animale, il disastro del talidomide avrebbe potuto essere previsto ed evitato se solo fossero stati eseguiti maggiori test su animali, in particolare test di teratogenesi su animali gravidi, allora non previsti dalla legge.

La tragedia del talidomide avrebbe davvero potuto essere prevista ed evitata sulla base della sperimentazione animale come Gad [1] ed altri hanno affermato e come tuttora i fautori della s.a. sostengono?

Consideriamo i dati di fatto:

Nelle donne nel primo trimestre di gravidanza è sufficiente una dose di 0,5-1 mg/Kg in una singola somministrazione per provocare gravi malformazioni al prodotto del concepimento [2][8].

Schardein, che studiò la tragedia, osservò:

In circa 10 ceppi di ratti, 15 di topi, 11 razze di conigli, 2 di cani, 3 di criceti, 8 specie di primati e in altre specie quali gatti, armadilli, cavie, maiali e furetti sui quali il talidomide fu testato, gli effetti teratogeni si verificarono solo occasionalmente [2]. In particolare riportiamo la tabella citata dallo stesso autore dove si possono notare i dettagli dei dosaggi impiegati nelle varie specie durante gli studi di teratogenesi effettuati dopo il disastro:

Vi sono numerosi lavori in letteratura, alcuni dei quali recenti, da cui si evince chiaramente che le malformazioni indotte dal talidomide in topi, ratti e criceti si verificano raramente e soltanto a dosaggi estremamente elevati (da 30 a 500 volte maggiori di quelli teratogeni nell’uomo) e soltanto in determinate condizioni, ad es. induzione di carenze alimentari, deplezione di glutatione (ratti o topi GM) + somministrazione giornaliera per tutto l’arco della gravidanza e nel periodo pre-concepimento, somministrazione endovenosa, ecc. [2], [3], [5], [6], [9], [11].

L’unica specie che più si avvicina all’uomo è la scimmia Cynomolgus, in cui le malformazioni agli arti si verificano anche in seguito ad un’unica somministrazione ma comunque a dosi di 20 mg/Kg, ovvero 20 volte superiori a quelle necessarie a causare lo stesso fenomeno nell’uomo. In particolare da Ema et al 2010 leggiamo: “In teratology studies using Cynomolgus monkeys, the timing of dosing was comparable to the human one and the doses were estimated to be 5–30 times higher than those which produced typical malformations in humans” [4]

Alcune razze di conigli si sono dimostrate relativamente sensibili all’embriopatia da talidomide, in particolare il coniglio himalayano ed il neozelandese, a dosi comunque elevate (200-300mg/Kg) [12],[13].

Ricordiamo al lettore che tali risultati derivano da test applicati soltanto dopo che gli effetti del talidomide erano stati osservati negli umani, successivamente al disastro. Prima della commercializzazione del farmaco infatti, non erano probabilmente* stati eseguiti test di teratogenesi sugli animali, poiché non previsti.

L’unico lavoro sugli animali reperibile in letteratura, antecedente il ritiro del farmaco e risalente al periodo in cui iniziavano a manifestarsi le malformazioni nell’uomo è uno studio di tossicità acuta e cronica (non di teratogenesi/embriotossicità) su topi, dai risultati estremamente rassicuranti [10].

Considerato che all’epoca si credeva che il feto godesse di una particolare invulnerabilità grazie alla barriera feto-placentare, è verosimile credere che la mancanza di tossicità sistemica per gli animali avesse sviato l’attenzione dei ricercatori da una possibile correlazione tra talidomide ed aumento dell’incidenza delle malformazioni nei nuovi nati. Fatto che potrebbe aver contribuito ad un ritardo nel ritiro dello stesso dal mercato.

Tornando alla domanda iniziale, “il disastro avrebbe dunque potuto essere previsto ed evitato grazie ai test di teratogenesi sugli animali?”

La risposta non è scontata. Quali specie animali venivano all’epoca utilizzate nei laboratori e quale specie si sarebbe utilizzata per degli ipotetici test su animali gravidi? Verosimilmente ratti e topi, gli stessi animali utilizzati per i test di tossicità acuta e cronica (che invece furono eseguiti). Abbiamo visto che i roditori tendono ad essere resistenti all’effetto del talidomide e che per provocare degli occasionali effetti teratogeni sono necessarie delle dosi di talidomide relativamente elevate se rapportate alle MTD (massime dosi tollerate dall’adulto). Si tratta comunque di dosaggi molto lontani da quelli impiegati in regime terapeutico per l’uomo: 31 mg/Kg che è la più bassa dose di talidomide in assoluto in grado di provocare occasionali effetti teratogeni nel topo o nel coniglio (i dosaggi variano da ceppo a ceppo, da razza a razza, anche in modo significativo!) equivale per l’uomo all’assunzione di circa 30 compresse da 100 mg di talidomide al giorno, per tutta la durata del periodo dell’organogenesi, ovvero 6 settimane durante la gravidanza.

Cosa si sarebbe potuto dedurre sul potenziale rischio teratogeno per l’uomo in questi termini, alla luce delle osservazioni sugli animali? Verosimilmente poco o nulla.

Una cosa è prevedere degli effetti teratogeni sconosciuti, cosa ben diversa è cercare di riprodurre – a posteriori – sugli animali degli effetti già noti, avendo la possibilità di scegliere la specie più sensibile, manipolare a piacimento i dosaggi e le condizioni sperimentali fino ad ottenere il risultato desiderato. In questo modo sarebbe possibile dimostrare la teratogenicità di quasi qualunque farmaco o sostanza, compreso il sale da cucina [14].

thalidomide coniglio neozelandese

Vorremmo anche far notare che diversi farmaci notoriamente prescritti durante la gravidanza poiché innocui, si sono  invece rivelati teratogeni in tutti o in alcuni animali da laboratorio [15]: ad es. l’acido acetil-salicilico (aspirina) [16][17], i glucocorticoidi [18], alcuni FANS [19].

Come ci insegna la legge di Karnofsky della teratologia: qualunque farmaco può essere teratogeno se somministrato alla specie giusta, al giusto dosaggio ed al momento opportuno durante la gravidanza”.

Al giorno d’oggi, seppure siano previsti i test di teratogenesi, sui foglietti illustrativi dei nuovi farmaci risultati non-teratogeni negli animali si dichiara a proposito dell’utilizzo in gravidanza: “la scarsa correlazione tra le varie specie indica che questi test non sono sufficientemente affidabili nel predire il rischio per l’uomo, pertanto si raccomanda che il farmaco non venga impiegato in gravidanza, a meno che non sia assolutamente necessario e sotto la stretta sorveglianza del medico”.

In parole povere si ammette la non-predittività dell’animale e a scopo precauzionale si sconsiglia l’assunzione di qualunque nuovo farmaco in gravidanza. A meno che, essendo in stato di assoluta necessità non si sia costretti a farlo. In questi termini non è la s.a. a garantire la sicurezza ma piuttosto la diffidenza verso i nuovi preparati, per i quali non si possiedono ancora sufficienti dati sulla gravidanza umana.

Note:

* Abbiamo usato il termine “probabilmente” a scopo cautelativo, poiché in letteratura si trovano dati discordanti. Per esempio qui http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19434859, l’autore fa intendere implicitamente che gli studi di teratogenesi siano stati fatti prima, in particolare si afferma “The rapid and fatal approval of thalidomide at that time ultimately was a consequence of the sole use of thalidomide-insensitive species in animal toxicity tests. Here, we aimed at elucidating the molecular basis for the resistance of mice to
thalidomide teratogenicity.”

Bibliografia

[1] Gad S: Preface. In Animal Models in Toxicology Edited by: Gad S. CRC Press; 2007:1-18.

[2] Schardein J: Drugs as Teratogens CRC Press; 1976.

[3] Klein Obbink H J, Dalderup L M Effects of Thalidomide in the Rat Foetus. Experientia XIX/12: 645-646(1963)

[4] Ema M, Ise R, Kato H, Oneda S, Hirose A, Hirata-Koizumi M, Singh AV, Knudsen TB, Ihara T. Fetal malformations and early embryonic gene expression response in cynomolgus monkeys maternally exposed to thalidomide. Reprod Toxicol. 2010 Jan;29(1):49-56. Epub 2009 Sep 12.

[5] Wells PG, Bhuller Y, Chen CS, Jeng W, Kasapinovic S, Kennedy JC, Kim PM, Laposa RR, McCallum GP, Nicol CJ, Parman T, Wiley MJ, Wong AW. Molecular and biochemical mechanisms in teratogenesis involving reactive oxygen species. Toxicol Appl Pharmacol. 2005 Sep 1;207(2 Suppl):354-66.

[6] Parkhie M, Webb M. Embryotoxicity and teratogenicity of thalidomide in rats.Teratology. 1983 Jun;27(3):327-32.

[7] Knobloch J, Reimann K, Klotz LO, Rüther U. Thalidomide resistance is based on the capacity of the glutathione-dependent antioxidant defense. Mol Pharm. 2008 Nov-Dec;5(6):1138-44.

[8] Podolsky, Daniel K.; Sands, Bruce E. “New Life in a Sleeper: Thalidomide and Crohn’s Disease.” Gastroenterology 117 (1999): 1485-7. “Tra il 20% ed il 90% delle donne in gravidanza esposte a anche una sola dose del farmaco (1 mg/Kg in una sola somministrazione) durante il primo trimestre di gravidanza, da’ alla luce un neonato con gravi malformazioni”.

[9] Meganathan K., S. Jagatp, Vilas Wagh, JA Gaspar, J Winkler, J Hescheler, A. Sachinidis, Embryonic stem cells differentiation substantiates thalidomide teratogenicity Toxicology LettersVolume 211, Supplement, 17 June 2012

[10] Somers G.F. Pharmacological properties of thalidomide (α-phthalimido glutarimide), a new sedative hypnotic drug Br J Pharmacol Chemother. 1960 March; 15(1): 111–116.

[11] Fratta Sigg Maiorana ,Teratogenic effects of thalidomide in rabbits, rats, hamsters, and mice, Toxicology and Applied Pharmacology Volume 7, Issue 2, March 1965, pp. 268–286

[12] Teo S.K., K.H. Denny, D.I. Stirling, S.D. Thomas, S. Morseth, A.M. Hoberman Effects of thalidomide on developmental, peri- and postnatal function in female New Zealand white rabbits and offspring Toxicol Sci, 81 (2004), pp. 379–389

[13] Sterz H., Hans Nothdurft , Peter Lexa , and H.Ockenfels Teratologic studies on the Himalayan rabbit: new aspects of thalidomide-induced teratogenesis Arch Toxicol (1987) 60:376-381

[14] Nishimura, H. and Miyamoto, S. (1969). Teratogenic effects of sodium chloride in mice. Acta Anat. Nippon 74:121–124.

[15] Bailey J, Knight A, Balcombe J. The future of teratology research is in vitro. Biogenic Amines 2005; 19(2): 97–145.

[16] Gupta U, Cook JC, Tassinari MS, Hurtt ME. Comparison of developmental toxicology of aspirin (acetylsalicylic acid) in rats using selected dosing paradigms. Birth Defects Res B Dev Reprod Toxicol. 2003 Feb;68(1):27-37.

[17] Klein Kenneth L., William J. Scott,  James G. Wilson Aspirin-induced teratogenesis: A unique pattern of cell death and subsequent polydactyly in the rat Journal of Experimental Zoology Volume 216, Issue 1, pages 107–112, April 1981

[18] Joseph M. McDevitt, Ronald F. Gautieri, David E. Mann Jr  Comparative teratogenicity of cortisone and phenytoin in mice. Journal of Pharmaceutical Sciences (impact factor: 2.91). 05/1981; 70(6):631 – 634. DOI:10.1002/jps.2600700614

[19] Burdan F. Comparison of developmental toxicity of selective and non-selective cyclooxygenase-2 inhibitors in CRL:(WI)WUBR Wistar rats–DFU and piroxicam study. Toxicology. 2005 Jul 1;211(1-2):12-25. Epub 2005 Mar 20.

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