Fino a poco tempo fa quest’idea sarebbe sembrata inverosimile. La ricerca biomedica moderna si è basata sugli animali fin quasi dai suoi esordi, usandoli per studiare le malattie e testare nuovi farmaci prima di somministrarli agli esseri umani. Ma negli ultimi anni le cose hanno cominciato a cambiare.

Gli sforzi per sostituire gli animali nella ricerca scientifica oggi godono dell’appoggio più forte mai ricevuto da politici e autorità di regolamentazione. Nell’aprile del 2025 la Food and drug administration (Fda) statunitense ha pubblicato una tabella di marcia quinquennale per ridurre la sperimentazione animale negli studi sulla sicurezza dei farmaci. Qualche mese dopo i National institutes of health (Nih) hanno smesso di richiedere modelli animali per molti dei loro finanziamenti. Alla fine dell’anno scorso un piano per abbandonare la sperimentazione in vivo è stato avviato anche dal Regno Unito, seguito a giugno dall’Unione europea.

Queste iniziative puntano in gran parte a promuovere l’uso di metodi alternativi più efficaci. Oggi una lamina di plastica non più grande di un vetrino da microscopio venata da alcune cellule epatiche umane permette di individuare gli effetti tossici di un farmaco meglio dei test sui ratti. Le cellule coltivate in laboratorio risparmiano ai conigli test un tempo indispensabili per rilevare la presenza di contaminanti nei medicinali. E i modelli di intelligenza artificiale indicano i potenziali bersagli farmacologici a velocità record, senza ricorrere alle cavie.

“Oggi abbiamo prove molto più solide che può essere possibile eliminare gradualmente gran parte della sperimentazione animale”, dice Celean Camp, responsabile del gruppo di pressione britannico Replacing animal research.

La sperimentazione su cavie risale almeno al filosofo greco Aristotele, che sezionò decine di specie animali per comprendere meglio l’anatomia. Ma in epoca moderna il suo uso sistematico risale alla metà dell’ottocento. Allora come oggi i sostenitori di questi test argomentavano che molti animali hanno un organismo abbastanza simile a quello umano da giustificare esperimenti sui meccanismi biologici e sugli effetti dei farmaci, favorendo la conoscenza scientifica e il miglioramento dell’assistenza sanitaria senza arrecare danni alle persone.

Le reazioni negative arrivarono quasi subito. Nel 1876, l’orrore dell’opinione pubblica per certi metodi dei fisiologi vittoriani spinse il Regno Unito ad approvare la prima legge sulla sperimentazione animale, che consentiva solo ai ricercatori autorizzati di praticarla.

Eppure, come hanno ripetutamente dichiarato generazioni di scienziati, tutti preferirebbero evitare gli esperimenti sugli animali. Sono lenti, costosi e richiedono lunghe trafile burocratiche – e questo prima ancora che gli interessati si pongano il problema etico di infliggere deliberatamente dolore agli animali, tra cui cani, maiali, scimmie e porcellini d’india.

Ma per quanto sgradevole, la sperimentazione animale ha permesso di studiare i processi biologici e di testare farmaci sperimentali. Ha reso possibili svolte epocali, dalla scoperta dell’insulina e degli antibiotici allo sviluppo dei pacemaker e dei vaccini contro il covid-19.

Gran parte delle normative sulla sperimentazione animale si basa su un concetto del 1959 noto come le tre r: replacement, reduction e refinement, cioè sostituzione, riduzione e affinamento. “Sostituzione” significa usare, ove possibile, modelli informatici o batteri; “riduzione” vuol dire usare il minor numero possibile di animali; e “affinamento” consiste nel limitare al massimo il dolore e la sofferenza. Questo quadro normativo è spesso applicato in modo diverso nei vari paesi. Nel Regno Unito e nell’Unione europea, per esempio, le regole valgono per tutti i vertebrati, mentre negli Stati Uniti sono esclusi topi, ratti e uccelli, che sono le specie più usate nei test.

Ma nella ricerca sono usati ancora moltissimi animali. Di questi, oggi circa la metà è destinata alla ricerca di base, quella condotta nelle università per scoprire il funzionamento della biologia e i suoi problemi. L’altra metà si divide più o meno equamente tra i test per individuare gli effetti collaterali dei nuovi farmaci e quelli per definire i limiti di esposizione sicuri per sostanze chimiche come i pesticidi.

Con qualche eccezione, l’opinione pubblica e quella politica hanno in larga misura tollerato questo compromesso. Ma il sostegno sembra essere in calo. Nel 2001 la maggioranza degli statunitensi riteneva moralmente accettabile la sperimentazione medica sugli animali. Nel 2025 erano meno della metà. L’ultimo sondaggio condotto nel Regno Unito, nel 2018, ha riscontrato un sostegno più stabile, intorno ai due terzi della popolazione, ma anche un crescente desiderio di alternative, soprattutto tra i più giovani.

“L’opinione pubblica è sempre stata piuttosto favorevole alla sperimentazione sugli animali quando non ci sono alternative”, dice Camp. Ma ora le nuove tecniche riducono la necessità di un numero sempre maggiore di test sugli animali, aggiunge, e gli scienziati non si sono ancora adeguati a questi cambiamenti. “Aumentano le prove che i meccanismi regolatori per verificare la mancanza di alternative non stanno funzionando come potrebbero”, continua Camp. “Perciò la garanzia su cui si fonda il sostegno dei cittadini sta vacillando”.

Le agenzie di regolamentazione stanno cercando di accelerare la transizione verso metodi che non usano cavie, e lo fanno già da tempo. “La spinta per un maggior ricorso a modelli senza impiego di animali non è una novità”, dice Ivan Rusyn, un tossicologo della Texas A&M university. A suo giudizio, le recenti proposte sono piuttosto il risultato di attività politiche, scientifiche e normative che vanno avanti da anni. Già nel 2013, per esempio, l’Unione europea aveva vietato l’uso di animali per testare i cosmetici, dimostrando che le autorità di regolamentazione potevano imporre misure concrete e che l’industria si sarebbe adeguata.

Le recenti tabelle di marcia del Regno Unito e dell’Unione europea mirano a consolidare questi progressi e a sviluppare un maggior numero di test regolatori senza l’impiego di animali. L’approccio statunitense è leggermente diverso e punta a sostituire gli animali nei casi in cui sono modelli poco affidabili, come nei test sugli anticorpi monoclonali, un trattamento che imita il funzionamento del sistema immunitario.

In entrambi i casi l’obiettivo non è la sostituzione totale, poiché nessuna delle alternative può imitare completamente un animale. Tuttavia, se usate nel contesto appropriato, per sostituire un metodo sperimentale in un caso o una verifica di sicurezza in un altro, queste tecnologie possono ridurre in modo significativo la sperimentazione sugli animali e perfino produrre risultati migliori.

Quindi quali sono le alternative? Una delle più consolidate è quella delle colture cellulari, che consentono ai ricercatori di esporre tessuti umani vivi a sostanze chimiche. Queste colture possono sostituire alcuni test obbligatori di tossicità dei farmaci e delle sostanze chimiche, ma una semplice piastra contenente cellule non è una valida alternativa all’ambiente dinamico di un organo in funzione.

I dispositivi chiamati organs-on-a-chip (organi su chip) cercano di colmare questa lacuna, riproducendo parte di questo dinamismo. Hanno all’incirca le dimensioni di una chiavetta usb e ospitano cellule su un supporto flessibile, attraversato da minuscoli canali pieni di liquido che forniscono sostanze nutritive ed eliminano le scorie.

Quando occorre sperimentare la sicurezza dei farmaci, gli organi su chip offrono un grande vantaggio rispetto ai modelli animali. Più del 90 per cento dei farmaci sperimentali che sembrano sicuri ed efficaci negli animali non ottiene l’approvazione delle autorità di regolamentazione, in larga misura perché si rivelano tossici per gli esseri umani.

Nel 2022 il biologo Donald Ingber dell’università di Harvard e i suoi colleghi dell’azienda biotecnologica Emulate, di cui Ingber è un cofondatore, hanno costruito un fegato su chip e lo hanno usato per testare la tossicità di farmaci sperimentali. Il dispositivo ha individuato quasi sette farmaci su otto che si sono rivelati tossici durante gli studi clinici anche se erano apparsi sicuri nei test sugli animali.

Il chip, che ora è nella fase finale del processo di approvazione della Fda, è già entrato nei laboratori. L’azienda farmaceutica Moderna lo ha usato al posto dei primati per esaminare i composti contenuti nei vaccini a mRrna e individuare eventuali danni al fegato.

Il laboratorio di Ingber realizza anche chip che imitano altri organi, tra cui la cervice uterina, i polmoni, i reni e l’intestino, e li collega tra loro mediante vasi sanguigni artificiali. “È come un corpo umano su chip”, spiega. Montati su un supporto, questi dispositivi possono flettersi fisicamente per simulare la respirazione o i movimenti intestinali, rispondendo così a uno dei problemi delle colture cellulari: i tessuti reali non funzionano mai isolatamente.

Ancora più complessi sono gli organoidi, grumi di cellule umane autorganizzati che imitano gli organi. Invece di coltivare le cellule su un supporto artificiale, come nel caso degli organi su chip, gli studiosi degli organoidi stimolano le cellule staminali – che possono trasformarsi in altri tipi di cellule – a sviluppare tessuti tridimensionali in miniatura. I mini-organi che ne risultano riproducono meglio la struttura di un tessuto e la varietà delle sue cellule.

Hans Clevers, genetista molecolare dell’università di Utrecht, nei Paesi Bassi, e pioniere della ricerca sugli organoidi, sostiene che questa tecnologia è già in grado di superare i modelli animali nello studio di alcune patologie umane, tra cui la fibrosi cistica. “Abbiamo animali che imitano perfettamente i sintomi, ma senza la causa che li determina”, dice.

Questa distinzione è importante perché gli animali in laboratorio hanno sempre rappresentato un compromesso. Gli scienziati possono indurre i topi a sviluppare tumori, malattie infiammatorie e disturbi neurologici simili a quelli degli umani, ma queste patologie spesso insorgono in seguito a manipolazioni genetiche o interventi artificiali, e non per i processi biologici che fanno ammalare le persone. Clevers dice che la sua équipe ha sviluppato un anticorpo per trattare un tumore della testa e del collo chiamato carcinoma a cellule squamose utilizzando esclusivamente organoidi, senza i tradizionali test sugli animali. Il farmaco è ora nella fase tre di sperimentazione clinica.

Gli organoidi e gli organi su chip aprono anche la strada alla medicina personalizzata, una prospettiva che i modelli animali non offrono. I ricercatori possono coltivarli usando le cellule del paziente stesso e poi testare direttamente i farmaci candidati su un tessuto che condivide le caratteristiche biologiche di quel paziente.

Esistono poi alternative alla sperimentazione animale che non prevedono neppure l’impiego di materiale biologico: si basano su simulazioni al computer che i ricercatori chiamano modelli in silico. I sistemi di intelligenza artificiale addestrati su insiemi di dati genetici, chimici e clinici possono individuare potenziali bersagli farmacologici e prevedere la tossicità delle sostanze. Tuttavia questi modelli non sempre spiegano come arrivano a una decisione, quindi le autorità sono caute nell’usarli per valutare la sicurezza.

I software di molecular docking (simulazione dell’ancoraggio molecolare) si spingono oltre e simulano il modo in cui un potenziale farmaco si adatta fisicamente e si lega alla sua proteina bersaglio, permettendo ai chimici di esaminare migliaia di composti al computer. Esistono poi i modelli farmacocinetici, che suddividono il corpo in compartimenti matematici – fegato, reni, flusso sanguigno – per prevedere come assorbono, metabolizzano ed eliminano i farmaci. Questo approccio potrebbe contribuire a stimare le dosi sicure per gruppi di persone che raramente sono inclusi negli studi clinici, come i bambini e le donne in gravidanza.

Da solo, nessuno di questi strumenti fornisce il quadro completo di un farmaco. Ma insieme possono aiutare i ricercatori a individuare i composti con maggiore probabilità di successo per poi studiarli più approfonditamente con gli organoidi, gli organi su chip e i test sugli animali.

In pratica potranno passare anni o perfino decenni prima che i metodi non animali siano adottati su larga scala. Prendiamo i test dei pirogeni, un sistema ampiamente usato per verificare se i farmaci contengono contaminanti. Da più di un secolo le autorità impongono di iniettare i nuovi farmaci nei conigli per accertare se provocano un forte aumento della loro temperatura, segnale di un’infezione: un metodo semplice ed efficace ma spiacevole per il coniglio. Le alternative all’impiego dei conigli esistono da decenni. Per esempio un test basato sul sangue dei limuli, che coagula a contatto con le tossine batteriche, risale agli anni settanta. Un altro test senza impiego di cavie è stato introdotto negli anni novanta: un esame del sangue umano che misura le risposte immunitarie alle sostanze contaminanti.

Eppure il test sui conigli è stato abolito ufficialmente solo quest’anno, e solo in Europa: in alcuni paesi, tra cui gli Stati Uniti, è ancora in uso.

In parte questo ritardo è dovuto a una comprensibile cautela. “Le autorità di regolamentazione dicono di poter valutare solo i dati che gli vengono sottoposti”, spiega Camp. “E le aziende rispondono: noi presentiamo i dati solo se sappiamo che saranno accettati”.

Le nuove tabelle di marcia cercano di superare lo stallo convalidando i modelli che non usano animali e creando linee guida per il loro impiego nello sviluppo dei farmaci.

Anche per gli scienziati che lavorano da tempo nella ricerca può essere difficile abbandonare il terreno conosciuto. “Gli studiosi tendono a procedere per piccoli passi, ed è difficile imparare una metodologia completamente nuova”, dice Ingber.

Ma ci sono alcuni segnali di cambiamento. Un’analisi delle ricerche su cancro al seno, malattie polmonari, tumori del sangue, patologie cardiache e neurodegenerative, diabete e tossicologia ha rilevato che già nel 2022, in tutti questi settori, le pubblicazioni basate sui metodi alternativi erano più di quelle che non li usavano. Un progresso che potrebbe essere dovuto all’aumento dei test sviluppati in seguito al divieto di sperimentazione per i cosmetici introdotto dall’Unione europea.

Anche i finanziamenti pubblici potrebbero favorire questo cambiamento. Nel 2024 la Cina ha avviato un progetto per accelerare lo sviluppo di modelli di tessuti umani coltivati in laboratorio. Negli Stati Uniti i Nih hanno inaugurato il primo centro per lo sviluppo di organoidi nel 2025, e hanno interrotto i finanziamenti alle ricerche basate solo sui modelli animali. Nel 2024 il governo del Nuovo Galles del Sud, in Australia, ha stanziato 4,5 milioni di dollari per un programma volto a ridurre e sostituire gli animali nella ricerca medica.

Tutto questo non significa che la sperimentazione animale sarà eliminata completamente. “La ricerca sugli animali ci permette di capire come funziona l’organismo nel suo insieme, il che è impossibile con tutte quelle cose in vitro, organoidi compresi”, sostiene Michael Hadjiargyrou, un biologo molecolare e cellulare del New York institute of technology. Se si elimina un gene dalle cellule in una piastra di laboratorio spesso le conseguenze sono minime. Se lo si elimina da un animale vivo la sua fisiologia può esserne trasformata.

Secondo Rusyn a volte la retorica politica sulla riduzione della sperimentazione animale si è spinta al di là di quanto le prove scientifiche permettono di affermare. In particolare, è scettico sull’impegno dell’agenzia per la protezione ambientale (Epa) statunitense di eliminare entro il 2035 l’obbligo di test sui mammiferi per i pesticidi. “A mio giudizio, in quanto tossicologo, è una follia assoluta”, dichiara.

Spesso le colture cellulari sono più sensibili alle sostanze chimiche rispetto a un animale integro, perciò esiste il rischio di vietare sostanze che sarebbero innocue alle dosi a cui normalmente sono esposti gli esseri umani. Perfino una convinta oppositrice come Camp ammette che in parte i test sugli animali saranno sempre necessari. È difficile immaginare, per esempio, come si potrebbe portare avanti in un altro modo la ricerca sulle malattie psichiatriche e neurodegenerative, considerando la complessità del sistema nervoso centrale e del cervello.

Alcune prove indicano però che il passaggio a metodi alternativi sta producendo effetti positivi. Nella sua prima relazione annuale sui progressi compiuti, la Fda ha annunciato che una modifica dei test di tossicità sui primati per alcune terapie basate sul sistema immunitario ha salvato centinaia di primati non umani, e che “la diffusione di questi metodi può risparmiare altre migliaia di animali”.

Ma anche se il passaggio a metodi alternativi può essere un processo lungo e laborioso, ci sono almeno 190 milioni di buone ragioni per proseguire su questa strada. ◆ gc