如何消除动物实验

从黑猩猩到芯片
Ryan Snook

去年夏天,美国国立卫生研究院宣布将逐步淘汰对黑猩猩的实验。在现有的451只黑猩猩中,除50只外,其余都将送往收容所,剩余的也不会再进行繁殖。这一改变基于其2011年的一项研究,该研究认为,科学进步已经使得人体试验、计算机模拟研究以及转基因小鼠比黑猩猩更有科学价值。美国在这方面起步较晚。澳大利亚、日本和欧盟已经禁止或限制了在使用灵长类动物进行医学研究。

90%的药物在动物试验中通过,但在人体试验中失败。这不仅仅是道德问题。抛开伦理不谈,有很多科学理由可以推动我们远离动物实验。最重要的一点是,其他方法正在平等甚至超越基于动物的方法。其结果是整体科学水平的提高。在过去10年里,我们在药物毒性测试中开始用人体细胞取代啮齿动物。但最大的障碍可能是疗效测试:药物在多大程度上能治疗某种疾病。一种常见的方法是基因改造小鼠以模仿人类疾病,但人类和老鼠的基因行为方式仍然不同。部分原因在于此,90%的药物在动物试验中通过,但在人体试验中失败。

芯片器官是另一种替代方案。这些指甲盖大小的装置将一层薄薄的人体细胞与微芯片结合,微芯片会泵送类血液流体通过它们。在哈佛大学维斯生物工程研究所,研究人员已经构建了一个“人体肠道芯片”,可以复制肠道肌肉收缩;以及一个“人体肺部芯片”,具有气囊和毛细血管细胞,可以交换氧气和二氧化碳。这个模拟肺可以感染,并模仿复杂的疾病,如化疗引起的肺水肿。该研究所还在研究用于骨髓、心脏甚至脑组织的芯片。

计算机模型也可以帮助取代动物。在相对较新的系统生物学领域,科学家们正在制作数字地图,模拟人体整个系统,直至分子层面。冰岛大学系统生物学中心最近完成了人体代谢所有化学相互作用的建模,并着手进行血液建模。去年,加州大学旧金山分校的研究人员使用计算机以约50%的准确率预测了市售药物的副作用。这种准确率只会越来越高。

人体研究也在变得越来越强大。实验室动物通常是基因相同的克隆体,但人类有大量的DNA差异,这些差异会影响药物的作用方式。例如,2010年发现,流行的心脏病预防药物氯吡格雷因近三分之一患者的代谢差异而效果不佳。现在,基因检测可以帮助医生决定是否开具该药,类似的检测也可以对其他药物起到同样的作用。通过依赖克隆动物和细胞,我们可能在药物进入人体试验之前就已经排除了有用的药物。

在很长一段时间内,一些动物实验仍然具有科学上的必要性。例如,研究视觉感知需要一个连接到大脑的、功能正常的眼球(直到计算机能够完美模仿它)。但我们创造的替代研究选项越多,我们的科学就会越好。

本文最初发表于《大众科学》2013年12月刊。

 

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