1937 年，一家美國製藥公司推出了一種新的長生不老藥來治療鏈球菌性咽喉炎——並在不知不覺中引發了一場公共衛生災難。 該產品尚未在人體或動物身上進行過測試，但含有一種已證明有毒的溶劑。 超過100人死亡。
次年，國會通過了《聯邦食品、藥品和化妝品安全法》，要求製藥公司在銷售新藥之前向美國食品藥品監督管理局提交安全數據，從而開創了動物毒性試驗的時代。
現在，藥物開發的新篇章可能正在開啟。 這 FDA 現代化法案 2.0，去年年底簽署成為法律，允許製藥商使用高科技新工具收集初始安全性和有效性數據，例如生物工程器官、芯片上的器官甚至計算機模型，而不是活體動物。 國會還向 FDA 撥款 500 萬美元，以加速開發動物試驗的替代方法。
其他機構和國家也在做出類似的轉變。 2019 年，美國環境保護署宣布將減少並最終消除對哺乳動物的測試。 2021年， 歐洲議會呼籲 逐步停止動物試驗的計劃。
專家表示，這些舉措是由多種因素共同推動的，包括對動物不斷變化的看法，以及希望藥物開發更便宜、更快的願望。 但最終使它們可行的是開發複雜的動物試驗替代品。
這些技術還處於早期階段，其中許多技術在常規用於藥物開發之前仍需要完善、標準化和驗證。 甚至這些替代方案的倡導者也承認，動物試驗不太可能很快消失。
但專家表示，非動物方法的勢頭正在增強，這最終可能有助於加快藥物開發、改善患者療效並減輕實驗室動物的負擔。
“動物只是預測人類將要發生的事情的替代品，”國家毒理學計劃機構間替代毒理學方法評估中心主任 Nicole Kleinstreuer 說。
“如果我們能夠真正擁有一個完全與人類相關的模型，”她補充說，“那麼我們就不再需要動物的黑匣子了。”
動物的態度
幾十年來，動物權利組織一直在遊說減少動物試驗，而且他們發現公眾的接受度越來越高。 在 2022 年蓋洛普民意調查43% 的美國人表示對動物進行醫學測試“在道德上是錯誤的”，上升 從 2001 年的 26%.
負責任醫學醫師委員會的研究政策主任伊麗莎白·貝克說，減少動物試驗“對很多人來說都很重要，原因有很多”，該委員會是一個倡導動物試驗替代方法的非營利組織。 “動物倫理實際上是一個很大的驅動力。”
但它不是唯一的。 動物試驗也很耗時、昂貴且容易受到影響 短缺. 尤其是藥物研發 充滿失敗，而且許多在動物身上看起來很有前途的藥物在人類身上並不奏效。 “我們不是 70 公斤重的老鼠，”約翰霍普金斯大學替代動物試驗中心的負責人 Thomas Hartung 博士說。
此外，一些尖端的新療法是基於生物製品，例如抗體或 DNA 片段，它們可能具有人類特有的靶點。
Hartung 博士說：“壓力很大，不僅出於道德原因，還出於這些經濟原因和真正縮小安全差距，以適應更現代和更人性化的事物。”
（Hartung 博士是約翰霍普金斯大學腦組織體生產專利的指定發明人。他從獲得該技術許可的公司獲得專利使用費，並為其提供諮詢。）
近年來，科學家們已經開發出更複雜的方法來在實驗室中復制人體生理學。
他們已經學會瞭如何誘導人類幹細胞將自己組裝成一個小的三維團塊，稱為類器官，顯示出與特定人體器官（如大腦、肺或腎臟）相同的一些基本特徵.
科學家們可以使用這些微型器官來研究疾病的基礎或測試治療方法，甚至可以在個體患者身上進行。 在 2016 年的一項研究中，研究人員 製作迷你膽量 來自囊性纖維化患者的細胞樣本，然後使用類器官預測哪些患者會對新藥產生反應。
科學家們還在使用 3D 打印機大規模生產類器官，並打印其他種類的人體組織條帶，例如皮膚。
另一種方法依賴於“芯片上的器官”。 這些設備的大小與 AA 電池大致相當，包含微小的通道，可以排列不同種類的人體細胞。 研究人員可以通過通道泵送藥物來模擬它們如何穿過身體的特定部位。
在最近的一項研究中，在芯片上製造器官的生物技術公司 Emulate 使用肝芯片來篩選 27 種經過充分研究的藥物。 所有這些藥物都通過了最初的動物試驗，但後來發現有些藥物會對人體造成肝毒性。 肝芯片 成功標記多達 87% 有毒化合物，研究人員去年 12 月在通訊醫學上報告。
研究人員 也可以將不同的系統連接在一起，將芯片上的心臟連接到芯片上的肺再到芯片上的肝臟，以研究藥物如何影響整個互連繫統。 “這就是我認為的未來所在，”Kleinstreuer 博士說。
複合計算
並非所有新工具都需要真正的細胞。 還有一些計算模型可以預測具有某些化學特性的化合物是否可能有毒，它有多少會到達不同的器官，以及它被代謝的速度。
可以調整模型以代表不同類型的患者。 例如，藥物開發人員可以測試一種對年輕人有效的藥物是否對腎功能經常下降的老年人安全有效。
“如果你能使用計算模型儘早發現問題，從而避免使用這些化學品走錯路，”Liverpool John 的“in silico”或基於計算機的化學測試專家 Judith Madden 說。摩爾斯大學。 （Madden 博士還是 Alternatives to Laboratory Animals 雜誌的主編。）
Madden 博士說，有些方法已經存在多年，但計算技術和人工智能的進步使它們變得越來越強大和復雜。
虛擬細胞也顯示出希望。 例如，研究人員可以使用“一組描述細胞中發生的一切的方程式”對單個人類心臟細胞進行建模，Elisa Passini 說，她是國家動物替代、改良和減少中心的藥物開發項目經理在英國的研究或 NC3Rs。
在 2017年的一項研究時任牛津大學研究員的 Passini 博士和她的同事得出結論，這些數字細胞比動物模型更能預測數十種已知藥物是否會導致人類心臟問題。
帕西尼博士補充說，科學家們現在正在構建完整的虛擬器官，這些器官最終可能會連接在一起成為一種虛擬人，儘管其中一些工作仍處於早期階段。
NC3Rs 的創新主管 Cathy Vickers 說，短期內，虛擬實驗室動物可能更容易實現，該公司正在與科學家和製藥公司合作開發可用於藥物毒性測試的狗的數字模型。
“開發虛擬狗仍然是一個巨大的推動力，”維克斯博士說。 “但這是關於建設這種能力，建立這種勢頭。”
減少或更換
專家表示，許多潛在的動物替代品在被廣泛使用之前需要更多的投資和開發。 他們也有自己的局限性。 例如，計算機模型的好壞取決於它們所基於的數據，並且與其他類型的化合物、細胞和結果相比，某些類型的化合物、細胞和結果的可用數據更多。
目前，這些替代方法更擅長預測相對簡單的短期結果，例如急性毒性，而不是複雜的長期結果，例如使用數月或數年的化學品是否會增加患癌症的風險，科學家說。
專家們不同意這些替代方法在多大程度上可以取代動物模型。 Kleinstreuer 博士說：“我們絕對是在朝著我們希望能夠完全取代它們的未來努力。”儘管她承認這可能需要幾十年，“如果不是幾個世紀的話。”
但其他人表示，這些技術應該被視為對動物試驗的補充，而不是替代。 美國國家生物醫學研究協會主席馬修貝利說，在類器官或計算機模型中證明有希望的藥物仍應在動物身上進行測試，該協會是一個倡導在研究中負責任地使用動物的非營利組織。
“研究人員在獲准進行人體臨床試驗之前，仍然需要能夠看到復雜哺乳動物體內發生的一切，”他說。
儘管如此，加州大學河濱分校的發育毒理學家 Nicole zur Nieden 說，即使是這種更保守的方法也可能有好處，她認為全面取代動物試驗是不現實的。
她說，特別是，新方法可以幫助科學家在進行動物試驗之前篩選出更多無效和不安全的化合物。 她說，這將減少研究人員需要進行的動物研究的數量，並減少實驗室動物接觸的化學物質，並補充說，“我們將能夠極大地減少試驗動物的痛苦。”
