Fisiologia animale

ANATOMIA E FISIOLOGIA DEI MODELLI ANIMALI - FISIOLOGIA ANIMALE (2)

Prof Toschi, laurea triennale in Biotecnologie UNITO, a.s. 2025-2026

1.​ PRINCIPI BASE DELLA SPERIMENTAZIONE ANIMALE

IN VITRO EX VIVO IN VIVO

Linee cellulari Colture di: Piccoli animali (topo, cavia,

Colture primarie coniglio)

-​ Tessuti

Co-culture Grandi animali (ruminanti,

-​ Organi

Colture di organoidi suini, cavalli)

Colture 2D e 3D Clinica Veterinaria (gatto, cane)

Primati non umani

MODELLI SPONTANEI

●​ L’animale ha caratteristiche naturali come quelle dell'uomo o uno stato di malattia umano.

●​ Mostrano come fattori quali la dieta, la genetica, l'ambiente e l'immunità possono tutti

contribuire a una malattia

MODELLI INDOTTI

●​ Il modello animale è stato alterato attraverso la chirurgia o la manipolazione genetica.

●​ Utili per studiare le cause alla base di una malattia e sono uno strumento di ricerca comune

per identificare potenziali bersagli farmacologici

PARAMETRI per la SCELTA del modello

1.​ Similitudini con la specie di interesse (distanza filogenetica)

2.​ Strutture idonee alla stabulazione

3.​ Costo di gestione per animale

4.​ Disponibilità di conoscenze e competenze tecniche

5.​ Tempo di generazione della specie

6.​ Eterogeneità genetica

7.​ Sperimentazioni precedenti 1

MODELLI PIÙ UTILIZZATI

TOPO (Mus musculus) circa il 70% del totale degli animali utilizzati a scopi sperimentali.

●​ VANTAGGI: piccolo, economico e facile da maneggiare

○​ breve durata di vita e il rapido tasso di riproduzione

○​ Predisposizione a manipolazione genetica

Modello per lo studio della fisiologia e patologia dei mammiferi:

➔​ Organizzazione del DNA ed espressione genica

➔​ Sistema riproduttivo e nervoso simile agli esseri umani

➔​ Incidenza di cancro, diabete a disturbi comportamentali

➔​ Possibilità di indurre sperimentalmente malattie

CEPPI IMMUNODEFICIENTI

nod/SCID: Topi non obesi, diabetici. Completamente privi di linfociti B e T a causa di un blocco

precoce nella maturazione linfocitaria

Nude: topi privi di pelliccia a causa di una mutazione associata a un fenotipo immunodeficiente.

→

Risposta immunitaria molto limitata assenza di rigetto. Impiegato nello studio dei trapianti e dei

tumori, ha contribuito ad ampliare le conoscenze sulle malattie immunitarie quali leucemie e AIDS

OUTBRED STOCK: colonie chiuse di animali geneticamente indefiniti, quindi il genotipo di un animale

in un dato locus è solitamente sconosciuto. Hanno una buona fertilità, con una buona curva di

crescita, una cucciolata numerosa e quindi sono facili da produrre.

INBRED STRAIN: ceppo mantenuto per accoppiamenti tra fratello e sorella per almeno 20

generazioni, producendo animali che sono al 99% omozigoti. A causa della depressione da

consanguineità si verifica una riduzione delle prestazioni riproduttive, della sopravvivenza e delle

caratteristiche generali di forma fisica. La produzione e il mantenimento di una colonia è più

impegnativo.

-​ Un IBRIDO F1 viene prodotto accoppiando due ceppi inbred.

CEPPO MUTANTE: ceppo ibrido che trasporta un gene mutante, come per i topi nudi o obesi. Il

mantenimento dipende dal fatto che il mutante sia dominante o recessivo e se gli animali mutanti

omozigoti di uno o entrambi i sessi siano vitali e fertili. I sistemi di allevamento e produzione sono più

complessi e costosi

CEPPI COISOGENICI: ceppo che differisce da un inbred solo per una mutazione in un unico locus

CEPPI CONGENITI: ceppo che si ottiene incrociando una progenie eterozigote con un ceppo inbred

parentale per almeno 10 generazioni, continuando a selezionare l’eterozigosi per uno specifico locus

(introduzione di una mutazione in eterozigosi in un ceppo inbred)

CEPPO TRANSGENICO: risulta dall'introduzione di DNA estraneo negli embrioni in fase iniziale in

modo tale da essere incorporato in modo permanente nel DNA ospite.

KNOCKOUT, KNOCK-IN: topi in cui un locus viene eliminato (KO) oppure uno o entrambi gli alleli

vengono sostituiti da transgeni

COMPORTAMENTO

I topi sono animali sociali che possono vivere in armonia, in gruppi con un maschio e diverse

femmine, una volta stabilita la loro gerarchia. 2

➔​ feromoni agiscono come mediatori nella comunicazione tra i topi (dominanza, estro,

rapporto madre-cuccioli)

➔​ Fornire un arricchimento ambientale influenza il comportamento sociale

RATTO (Rattus Norvegicus)

Sono animali amichevoli e disponibili se maneggiati delicatamente e con frequenza, sebbene ci siano

alcune differenze di ceppo.

●​ Sono animali notturni e sociali (STABULAZIONE IN GRUPPO).

●​ Il loro senso dell'olfatto e dell'udito sono molto sviluppati mentre la visione diurna è scarsa.

●​ outbred (Wistar e Sprague–Dawley) e qualche inbred (Lewis)

Disponibili ceppi

●​ Effetti dei feromoni meno pronunciati rispetto ai topi

CRICETO (Mesocricetus auratus)

Sono facilmente addomesticati e raramente mordono a meno che non vengano spaventati o

maneggiati bruscamente.

●​ Sono attivi a volte durante il giorno, ma lo sono principalmente nel periodo notturno

●​ Sono animali solitari e tendono ad attaccarsi a vicenda (STABULAZIONE INDIVIDUALE)

●​ I maschi sono generalmente più docili delle femmine

Si nascondono per evitare il calore al contrario del freddo, che può essere tollerato abbastanza bene

(T°< 5 °C, pseudoibernazione, riduzione fertilità).

GERBILLO (Meriones unguiculatus)

●​ Sono animali docili, facilmente gestibili.

●​ Sono sociali e attivi e mostrano un comportamento esplorativo in un nuovo ambiente.

●​ Sono prevalentemente notturni ma in laboratorio sono attivi anche di giorno.

●​ Sono ottimi scavatori e costruiscono estesi sistemi di tunnel.

●​ Presentano comportamenti aggressivi se inseriti in un nuovo ambiente (COPPIE

MONOGAME, separazione solo post-parto)

●​ Prevalentemente ceppi outbred, ma è disponibile una varietà inbred (Ceppo MON/ Tum).

CAVIA (Cavia Porcellus)

●​ Disponibili ceppi outbred (Hartley and Duncan-Hartley) e ceppi consanguinei inbred (2 e 13).

●​ Sono animali suscettibili che mordono raramente

●​ Quando vengono spaventati, hanno la tendenza a diventare immobili o a correre e

vocalizzare rendendo difficile la cattura.

●​ sono crepuscolari ma in laboratorio saranno attivi per periodi durante il giorno e la notte.

●​ Vivono in GRUPPI dove si stabiliscono gerarchie (feromoni)

●​ Sono animali abitudinari, soprattutto in età avanzata faticano ad adattarsi ai cambiamenti.

●​ Presenza di membrana vaginale (perforazione in fase estrale e al momento del parto,

problemi di distocia frequenti)

CONIGLIO (Lagomorfi, lepoidi)

●​ Sono animali sociali e sono in grado di utilizzare un ambiente complesso e tridimensionale.

●​ Se viene fornito spazio adeguato mostreranno l'intera gamma di comportamenti naturali

(l'arrampicata fino a un buon punto di osservazione, esplorazione e tunnelling, attività

sociale e aggressività) 3

●​ L'incidenza del comportamento aggressivo dipende da molti fattori, tra cui ceppo, sesso, età

e peso, parentela degli individui e vicinanza di altri conigli del sesso opposto

●​ I conigli selvatici sono crepuscolari o notturni. In laboratorio, i periodi di attività sono

frequenti sia il giorno che la notte

La fisiologia generale dei conigli è simile a quella degli esseri umani e presentano alcune patologie

con equivalenti umani (fibrosi cistica). Storicamente, sono utilizzati per:

➔​ Ricerca sulle malattie infettive e immunologia

➔​ Sviluppare vaccini e per la produzione di anticorpi

➔​ Ricerca sulle malattie cardiovascolari come l'ipertensione

Altri argomenti della ricerca medica che fanno uso di tale modello includono: glaucoma, infezioni

dell'orecchio e agli occhi malattie della pelle diabete enfisema

LA STABULAZIONE DEGLI ANIMALI DA LABORATORIO

●​ La stabulazione è sempre specie-specifica.

●​ Deve trovare l’optimum tra le esigenze degli animali e i

costi di gestione.

●​ E’ necessario identificare quali sono le caratteristiche

minime per evitare stress.

●​ 2010/63/EU in merito all’utilizzo degli animali da

Direttiva

laboratorio.

●​ Decreto Legge 26/2014: recepimento italiano della

direttiva europea.

●​ Decreto Legislativo 183/2025 (che aggiorna il D.Lgs. 26/2014),

Italia è regolata dal

introducendo standard più restrittivi su benessere, spazi minimi, illuminazione e qualità

ambientale per garantire standard elevati di cura

CONDIZIONI AMBIENTALI DI STABULAZIONE DEI RODITORI

●​ 18-26°C (ottimale 21°C), 40-60% con 12-15 cambi d'aria/h : 12h

TEMPERATURA/UMIDITÀ:

ciascuno è il più utilizzato.

●​ : Per incrementare l’efficienza riproduttiva passare a 14h di

CICLO LUCE/OSCURITÀ

oscurità/10h di luce (intensità 350-400 lux, albini 60 lux)

CONDIZIONI AMBIENTALI DI STABULAZIONE DEI CONIGLI

●​ : 16-20°C, 40-60% (Neonati non termoregolano in ambiente caldo

TEMPERATURA E UMIDITÀ

fino a 7g)

●​ CICLO LUCE/OSCURITÀ : Le femmine richiedono 14-16 h di luce/day, e maschi da 8-10 h, con

o senza periodi di crepuscolo (animali albini luce a più bassa intensità).

ATTENZIONE! I roditori sono molto sensibili a rumori, vibrazioni e odori intensi. Una manipolazione

delicata effettuata sempre dallo stesso operatore a intervalli regolari riduce il livello di stress

dell’animale. I conigli possono sentire nella gamma degli ultrasuoni (2-16 kHz e possono arrivare fino

a 42 kHz) quindi è necessario non esporli a trattamenti che prevedono rumori eccessivi. Il rumore di

fondo può aiutare a impedire agli animali di essere sorpreso da rumori improvvisi

STRESS: Ridotta fertilità, cannibalismo dei piccoli da parte della madre, aggressività, alterazioni

metaboliche, endocrine e comportamentali, alterazione dati sperimentali, problema etico 4

STABULAZIONE TOPI: sono molto versatili e possono essere allevati in diverse modalità tenendo

presente alcune caratteristiche di specie:

●​ Maschi adulti individuali

●​ Gruppi di femmine consanguinee (separate in gravidanza)

●​ Accoppiamenti ad harem e monogami

➔​ RATTI: stabulazione in gruppi. Modalità di allevamento versatili come topi

➔​ CRICETI: stabulazione preferibilmente individuale, coppie monogame se prima della pubertà

o rotazione

➔​ CAVIA: stabulazione in gruppo con gerarchie, accoppiamenti versatili.

➔​ GERBILLI: gruppi se formati prima della pubertà, preferibilmente in coppie monogame

➔​ CONIGLI: Stabulazione in gruppo in grandi gabbie dove possono esibire comportamenti

naturali. Gabbia singola solo maschi adulti o esigenze di stabulazione

ARRICCHIMENTO AMBIENTALE: miglioramento delle funzionalità biologiche di animali in cattività

risultante dalla modificazione del loro ambiente. Fornitura di stimoli che promuovono l'espressione

di comportamenti specie specifici appropriati e attività mentali in ambienti sotto stimolanti.

ALIMENTAZIONE: la forma, il contenuto e la presentazione degli alimenti devono corrispondere alle

esigenze nutrizionali e comportamentali dell’animale.

●​ Il cibo deve essere standardizzato e fornire tutte le sostanze necessarie all’animale. Deve

anche essere fornita acqua in abbondanza.

●​ Si devono adottare tutte le misure per ridurre al minimo le contaminazioni.

●​ Ogni animale deve poter accedere agli alimenti e avere spazio sufficiente per mangiare, in

modo da limitare la concorrenza tra animali.

●​ Diete speciali possono essere necessarie a seconda del ceppo o delle esigenze sperimentali

●​ Variazioni in base a: specie; gravidanze; età; ceppo, esigenze sperimentali

ILLUMINAZIONE occorre fornire un’illuminazione artificiale controllata allo scopo di rispettare le

esigenze biologiche degli animali e di fornire un soddisfacente ambiente di lavoro

●​ Deve permettere di svolgere le procedure e ispezione degli animali

●​ Deve garantire fotoperiodi regolari ed un’intensità luminosa adatta alle varie specie

●​ animali albini: l’illuminazione tiene conto della sensibilità alla luce

RUMORE

➔​ il livello dei rumori, compresi gli ultrasuoni, non deve nuocere al benessere degli animali

➔​ I locali di permanenza sono isolati acusticamente e provvisti di materiali fonoassorbenti

ACCOPPIAMENTO E GRAVIDANZA

Vaginal plug: tappo di eiaculato solidificato che è possibile identificare nella vagina della femmina tra

le 8 e le 30h dopo l’accoppiamento (esame fatto al mattino). Indica solo l’accoppiamento non

l’instaurarsi della gravidanza! (palpazione al giorno 11)

ADOZIONE: a volte la madre non è in grado di allattare i piccoli, generalmente con ceppi transgenici.

Per mantenere la nidiata è possibile farla “adottare” da un’altra madre

Alcune Precauzioni: Dividere nidiate numerose (>6) tra più madri adottive

●​ Facilitare il riconoscimento stimolando la madre ad urinare

●​ Non isolare dalla nidiata wild type 5

SISTEMA DI IDENTIFICAZIONE DEGLI ANIMALI

1.​ Cartellino sulla gabbia: indicare numero di topi, sesso, trattamenti in corso, accoppiamenti.

2.​ Identificazione univoca degli animali

GENOTIPIZZAZIONE: non necessaria nel caso si utilizzino solo inbred strain. Necessaria in caso di

transgeni generati in laboratorio (mutazioni in eterozigosi)

CRIOPRESERVAZIONE DEGLI EMBRIONI

●​ Permette il mantenimento a basso costo di ceppi poco utilizzati

●​ Permette di preservare ceppi rari per lungo tempo

●​ Riderivazione per eliminazione di patogeni

●​ Maggiore facilità e sicurezza nel trasferire ceppi

●​ Conoscenze tecniche richieste

METODICHE DI SOPPRESSIONE

ideale: indolore, rapida, ininfluente sui test sperimentali, causa minimo stress all’animale, affidabile,

sicura per l’operatore

1.​ Asfissia con CO

2

2.​ Dislocazione cervicale (ratti sotto i 150g)

3.​ Decapitazione

4.​ Iniezione letale (overdose di barbiturico, anestetico+tanax)

FISIOLOGIA DELLO STRESS

il sistema endocrino: cellule/tessuti/organi in grado di

produrre e secernere ormoni

il sistema nervoso: l’attività di molte cellule endocrine è

regolata da neuroni del SNA

Interfaccia: IPOTALAMO, COORDINA L’ATTIVITA’ DEI 2

●​ Riceve stimoli interni/esterni e regola l’attività del

SNA e la secrezione ormonale dell’IPOFISI

●​ ormoni tropici che a loro volta

L’ipofisi produce

influenzano la produzione di ormoni da parte di

tessuti endocrini bersaglio (surrenali, gonadi, tiroide)

IPOTALAMO

●​ costituisce una parte del diencefalo

●​ posto ventralmente al talamo

●​ forma il pavimento del terzo ventricolo

IPOFISI 6

Situata in una tasca ossea sotto l’ipotalamo con cui è in comunicazione attraverso un prolungamento

tissutale ricco di fibre nervose e vasi.

●​ NEUROIPOFISI (LOBO POSTERIORE; estensione encefalo): neuroni influenzati

da input dell'ipotalamo

●​ LOBO INTERMEDIO (tessuto endocrino, origine epiteliale)

●​ ADENOIPOFISI (LOBO ANTERIORE; tessuto endocrino, orig. epiteliale):

principale ghiandola che regola l’attività di altre ghiandole periferiche. Attività

secernente regolata da prodotti da neuroni ipotalamici, trasposati da vasi

ipotalamo-ipofisari

RAPPORTI IPOTALAMO-IPOFISI:

1.​ Ipotalamo-Neuroipofisi:

●​ Neurormoni Ipotalamici (Ossitocina, ADH-vasopressina): prodotti

nell’ipotalamo

●​ Trasporto assonico (connessione neurale)

●​ arrivo a Neuroipofisi

●​ in seguito a stimolo, rilascio nel torrente circolatorio

2.​ Ipotalamo-Adenoipofisi:

●​ Neurormoni ipotalamici (fattori di rilascio-RH, inibenti IH)

●​ entrano in circolo nel Sistema circolatorio (connessione circolatoria)

●​ raggiungono Adenoipofisi

●​ Rilascio ormoni (organi bersaglio, feedback negativo)

→

STRESSORS: SQUILIBRIO OMEOSTASI attiva ASSE IPOTALAMO-IPOFISI-SURRENE

CRH (corticotropin releasing hormone) da parte dell’ ipotalamo

1.​ Secrezione di ACTH (adrenocorticotropic hormone) a livello adenoipofisi

2.​ Aumento produzione

GLUCOCORTICOIDI e ANDROGENI al livello corteccia

3.​ Aumento secrezione

(feedback negativo con punto 1)

surrenale

Cortisolo e Corticosterone circolano nel sangue e facilitano la produzione di

4.​ energia extra, per aiutare a far fronte all'emergenza (proteolisi e gluconeogenesi)

MECCANISMI A FEEDBACK NEGATIVO DI REGOLAZIONE ORMONALE

●​ LUNGHI Glucocorticoidi inibiscono la produzione di ormoni sia al livello ipotalamico

che adenoipofisario agendo direttamente sul CRH ed ACTH

●​ CORTI: l’ACTH ipofisario ha un effetto a feedback negativo su CRH 7

GHIANDOLE SURRENALI

organi endocrini bilaterali e simmetrici, situate anteriormente ai reni, composta da 2 porzioni

separate

MIDOLLARE

●​ Derivazione ectodermica

●​ Composta da tessuto nervoso (cellule assimilabili a neuroni post gangliari

modificati)

●​ Agisce come parte del Sistema nervoso simpatico: innervata da vie

efferenti del SNS a singolo neurone.

●​ catecolamine: noradrenalina e adrenalina. Ormoni prodotti non

Produce

indispensabili per la vita

CORTICALE

●​ Derivazione mesodermica

●​ Compone l’80% della ghiandola

●​ ormoni steroidei come cortisolo, corticosterone, steroidi sessuali e aldosterone

Produce

Porzione della ghiandola priva di innervazione, organizzata in 3 zone :

➔​ GLOMERULARE: zona esterna relativamente stretta con cellule

ZONA

organizzate in una disposizione a spirale.

➔​ FASCICOLATA: zona centrale relativamente ampia con cellule organizzate

ZONA

in colonne.

➔​ RETICOLARE: zona interna adiacente al midollo, dimensioni intermedie

ZONA

con cellule organizzate in modo