Marsvinet bruges som forsøgsdyr indenfor en række specifikke forskningsfelter, blandt andet infektionssygdomme, immunologi og livstilssygdomme, hvor marsvinets biologi minder overraskende meget om menneskets.
Klassisk forsøgsdyr
Ligesom vi på dansk har ordet ’forsøgskanin’, bruger englænderne ordet ’guinea pig’ (altså marsvin) om nogen, der i overført betydning bliver eksperimenteret med. Dette vidner om, hvor meget marsvinet tidligere betød for forskningen. Marsvinet har været anvendt som forsøgsdyr siden 1700-tallet og har spillet en afgørende rolle for vores forståelse af en række infektioner og deres behandling (for eksempel difteritis), immunforsvarets reaktioner, og hvordan C-vitaminmangel fører til skørbug. Længe var marsvinet tillige det klassiske forsøgsdyr til test af allergiske reaktioner, men her har museforsøg i vid udstrækning taget over. I dag overgås marsvinet i stort antal af mus og rotter som forsøgsdyr, men marsvinet bruges dog stadig indenfor en række vigtige forskningsområder, hvor dens biologi bedre ligner menneskets, end hvad er tilfældet for mus og rotter.
Opstaldning og fodring
Marsvin er i udpræget grad sociale dyr, der typisk bor i store flokke. De er derfor lette at gruppeopstalde, mens enkeltdyr-opstaldning bør undgås, da det virker forholdsvis stressende på dem at gå alene. Kønsmodne hanner er dog en undtagelse fra gruppeopstaldningen, da de vil slås med hinanden og derved kunne pådrage sig alvorlige skader.
Det betyder, at det i praksis er ret kompliceret at anvende voksne hanner til forsøg, med mindre de er kastrerede.
Marsvin skal fodres med C-vitaminberiget foder eller -vand, have adgang til stråfoder og opstaldes under rolige forhold. De er tilbageholdende med at afprøve nyt, og det er derfor en god idé at tilvænne dyrene gradvist ved et foderskifte. Dette vil også være en fordel i forhold til at opretholde en god mikrobiel flora i tarmen, hvilket er nødvendigt for marsvinets fordøjelse og optag af næringsstoffer. Ligesom hesten har marsvinet en veludviklet bagtarmsforgæring, der medvirker ved fermentering af kostens plantedele. Anatomisk har marsvinet (og hesten) derfor en stor caecum. Marsvinet er ligesom flere andre gnavere følsomme overfor ændringer i deres mikrobiota og tåler derfor dårligt behandling med smalsprektret antibiotika. Af samme grund bør man ikke faste marsvin ret længe, og de har behov for adgang til stråfoder både for at sikre tarmflora og motilitet, hvilket også er udspecificeret i bekendtgørelsen omkring opstaldning af marsvin til forsøg.
Marsvinet er et bytte- og flugtdyr
Marsvinet er et udpræget bytte- og flugtdyr. De bliver nemt stressede og bange, og samtidigt er deres adfærd ofte non-eksplorativ – især i ukendte omgivelser. Det er derfor vigtigt, at man giver marsvin en tilstrækkelig akklimatiseringsperiode, når de skal tilvænnes et nyt miljø eller indgå i forsøg. Marsvin reagerer typisk med fastfrysningsadfærd eller panikflugt, hvis man udsætter dem for noget nyt, for eksempel et fremmedartet miljø, høje lyde eller en anderledes håndtering. Derfor skal man under forsøg være meget varsom med ikke at stresse dem unødigt, og det kræver typisk lang tids tilvænning og træning, før man kan anvende dem i adfærdsforsøg – især hvis det skal foregå i åbne arealer, som i sig selv er angstprovokerende for marsvin. Derudover kan det være en udfordring at finde egnede foderemner til belønning i adfærdstests, da marsvin kan være meget tilbageholdende med at smage på nye foderemner. Adfærdsstudier kan dog sagtens udføres i dagtiden, da marsvin er dagaktive, modsat mus og rotter, som er nataktive dyr. Det er derfor ikke nødvendigt at bytte om på døgnet i marsvinestalde for at opretholde en naturlig døgnrytme og aktivitetsniveau hos dyrene.
Bedøvelse
Som en konsekvens af, at marsvin let bliver stressede, så kan bedøvelse af dem være vanskelig, og marsvin er da også kendt for at være særligt svære at have i anæstesi. De har en anden følsomhed for visse anæstesimidler end for eksempel mus og rotter, og det bør derfor kraftigt anbefales at undersøge konkrete præparater og kombinationer, inden man går i gang.
Det er afgørende, at marsvinene forud for bedøvelsen har gået i rolige omgivelser, og at de er blevet håndteret på en rolig måde. Marsvin tåler også dårligt at blive fastet forud for bedøvelsen, så også her skal man være opmærksom. Som udpræget byttedyr kan marsvin være svære at bedømme under induktionen, da de typisk vil virke upåvirkede langt frem mod anæstesiens indtrædelse. Dette indebærer en risiko for at overdosere ved at tildele en suppleringsdosis for tidligt. Derudover har marsvin en lang, snæver mundhule og svælg med en lang blød gane, der gør det stort set umuligt at intubere dem. Der anvendes således oftest en maske til ilt og inhalationsanæstesi, og respirator er derfor en udfordring ved en respiratorisk krise. Som et lille dyr vil det desuden være vigtigt at opretholde kropstemperaturen både under anæstesi og opvågning. Opvågningen efter anæstesi vil ofte være brat og præget af stress hos dyret. Det er derfor også vigtigt, at rolige og trygge omgivelser bevares, gerne med skjul og dæmpet belysning.
Immunforsvaret og mikrobiologi
Særligt marsvinets innate immunforsvar har mange flere lighedspunkter med menneskets, end hvad der gælder for mus og rotter. Marsvinet har derfor historisk set spillet en stor rolle for forskning i infektionssygdomme, deres behandling og immunforsvarets funktion generelt. Denne forskning har resulteret i en række Nobelpriser for opdagelse af infektionssygdomme, deres behandling og immunforsvarets rolle ved infektioner (se faktaboksen om nobelpriser). Blandt andet spillede marsvinet en central rolle for, at mycobacterium tuberculosis i 1882 blev påvist som årsag til tuberkulose, og at andre forskere i 1919 kunne påvise erhvervet immunitet ved infektion med gul feber.
Lipid og ateroskleroseforskningen
Marsvin udmærker sig som forsøgsdyr ved at transportere og metabolisere lipider ligesom mennesker, og det gør dem egnede til forskning i en række kostbetingede livstilssygdomme. Hvis eksempelvis marsvin udsættes for en høj fedt- og høj kolesteroldiæt øges LDL-fraktionen i blodet, ligesom det gør hos mennesker. Dette er ikke tilfældet i nær samme grad for mus og rotter, der primært transporterer kolesterol via HDL. Endvidere er flere af de molekylære mekanismer i leverens håndtering af fedt relativt ens med menneskers. Disse forhold understøtter brugen af marsvin til studier af fedme, aterosklerose og fedtleversygdomme (se nedenfor).
Blandt andet som følge af marsvinets lipidstofskifte, hvor LDL-responset er så tydeligt, så anvendes den indenfor ateroskleroseforskningen. Det er også rapporteret, at diæten kan inducere aterosklerotiske forandringer i eksempelvis kranspulsåren på samme måde som hos mennesker.
Fedtleversygdomme (NAFLD/NASH)
I takt med stigningen i livsstilsygdomme hos mennesker, er der kommet en øget interesse for marsvins anvendelse til forskningen i fedtleversygdommen NAFLD (non-alcoholic fatty liver disease), der kan udvikle sig til NASH (non-alcoholic steatohepatitis). Ved en fodring med en diæt med højt fedt – og kolesterolindhold, udvikler marsvinet en tydelig fedtlever og efterfølgende leverbetændelse (steatohepatitis), der ligner menneskets NAFLD/NASH meget. Leverpatologien inkluderer svær fibrose og eventuelt skrumpelever (cirrose), som man også ser det hos mennesker, men som kan være en udfordring at fremprovokere hos andre forsøgsdyr. Endvidere udtrykker marsvin med NAFLD/NASH molekylære markører for sygdomsudviklingen på linje med patienter fra den humane klinik. Sammen med leverens lipidstofskifte og den overvejende LDL-lipoproteinprofil gør dette marsvinet til en attraktiv dyremodel, der kan vise sig særdeles relevant til udviklingen af nye behandlingsregimer og med en øget translationel værdi i forhold til nogle af de andre gnavermodeller for NAFLD/NASH.
Skørbug og C-vitamin
Selvom skørbug kendes helt tilbage fra oldtidens Egypten og vikingetiden, og en tydelig effekt af citrusfrugter til behandling af skørbug blev dokumenteret i 1753, så blev C-vitamin (i begyndelsen kaldt hexuronic acid) først identificeret i 1927. Inden da havde forsøg blandt andet med marsvin peget på, at der fandtes et stof i blandt andet citrusfrugter, som kunne modvirke skørbug. Det er interessant, at mennesker og marsvin er nogle af de få pattedyr, der er afhængige af at få tilført C-vitamin med kosten for ikke at udvikle mangelsymptomer i form af skørbug. Både marsvinet og mennesket har nemlig en mutation i genet, der koder for gulonolactonoxidase. Dette forhindrer en endogen C-vitaminsyntese i leveren, som andre pattedyr er i stand til. Foruden marsvinet er også flagermus og primater afhængige af at få tilført C-vitamin, ligesom visse fugle- og fiskearter heller ikke har deres egen C-vitaminproduktion.
I kroppen er C-vitamin mest kendt for sin rolle som co-faktor i kollagen biosyntesen, hvilket også er årsagen til kardinalsymptomerne på skørbug, med blødninger i hud og slimhinder, løse tænder og knoglesmerter. Derudover har vitaminet også andre vigtige funktioner som antioxidant og co-faktor og er på denne måde kædet sammen med flere sygdomme og sygdomskomplekser, blandt andet hjerte-kar-sygdomme, stofskiftesygdomme, infektionssygdomme, kræft og endda også til funktioner i hjernen.
Fostre har lighedspunkter med mennesker
Det har vist sig særdeles vanskeligt at finde dyrearter, der har en placentaopbygning, der afspejler menneskets. Her har marsvinet (og i øvrigt også chinchillaen) vist sig bedre egnet end mange andre dyrearter og i særdeleshed de øvrige anvendte gnavere. Placentaopbygningen hos marsvin er discoidal og haemochorial og ligner menneskets en del, både i forhold til den endokrine regulering og næringsudvekslingen mellem moderdyr og foster (den føto-maternelle barriere). Derfor er marsvin hyppigt blevet brugt til afkomsforsøg – blandt andet test af lægemidlers passage over placenta. Der er også forskelle mellem mennesker og marsvin: Marsvin har for eksempel en subplacenta, og uterus er delt i to horn. Drægtighedsperioden er i gennemsnit omkring 65 dage (60-73 dage afhængigt af kuldstørrelse) og er dermed mere end dobbelt så lang som hos mus og rotter. Nyfødte marsvineunger er store (cirka 60-100 gram) og stort set færdigudviklede allerede ved fødslen (præcociale). De fødes med pels og åbne øjne og kan gå kort tid efter fødslen modsat for eksempel rotter, mus og kaniner, der fødes nøgne og blinde. Ligeledes kan marsvineunger få dage gamle selv indtage føde uafhængig af deres mor, hvilket også er nødvendigt, da et marsvin kan få op til otte unger (visse stammer helt op til 12 unger) i samme kuld, men kun har to dievorter.
Større end mus og rotter
Som det fremgår af denne artikel, så har marsvinet en række specifikke områder, hvor deres biologi er mere sammenlignelig med menneskets end for mange andre forsøgsdyr. Det kan også være en fordel, at marsvinene er noget større end mus og rotter. Et fuldvoksent marsvin vejer således op til et kilogram eller endda derover (hanner er større end hunner), og derfor kan man udtage flere og større blodprøver til løbende undersøgelser. Organerne er tilsvarende større, hvilket giver mulighed for større vævsprøver og flere undersøgelser
sammenlignet med for eksempel mus. Den store størrelse betyder samtidig et øget foderindtag, større pladskrav til opstaldning og behov for større mængder lægemiddel for eksempel i behandlingssituationer eller ved farmakologiske- og toksikologiske tests. Desuden har marsvin ingen hale, så blodprøver udtages typisk fra bagbenets tarsal- eller saphenus-vener i stedet for.
