動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，可以說是當(dāng)今世界最有爭(zhēng)議的話題之一。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是目前新藥開發(fā)必經(jīng)的臨床前驗(yàn)證過程，是推進(jìn)人類醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)發(fā)展的必要的“惡”。某種程度上，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)≈臨床前實(shí)驗(yàn)，其重要性不言而喻。
但在過去很多年里，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)一直受到挑戰(zhàn)。
挑戰(zhàn)首先來自倫理方面的爭(zhēng)議。有數(shù)據(jù)顯示，每年約有1億只脊椎動(dòng)物在世界各地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；與此同時(shí)，有許多營(yíng)利性的公司每年飼養(yǎng)與銷售幾千萬(wàn)只的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，借以獲取利潤(rùn)。數(shù)字背后，是倫理的拷問和公眾對(duì)動(dòng)物權(quán)益的擔(dān)憂。
臨床試驗(yàn)的高失敗率進(jìn)一步加劇了這種拷問與擔(dān)憂。公眾對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的辯論愈發(fā)激烈，越來越多的人開始呼吁減少甚至禁止以動(dòng)物為代價(jià)的實(shí)驗(yàn)。
在這樣的背景下，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的替代方案成為了科研領(lǐng)域的新趨勢(shì)。類器官和器官芯片技術(shù)的發(fā)展，為尋找替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的方法提供了新的可能性。
但目前談取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還言之過早，所有的替代方案尚需深入研究、積累數(shù)據(jù)和廣泛驗(yàn)證。
4月16日，Charles River Lab宣布啟動(dòng)替代方法推進(jìn)項(xiàng)目（AMAP），計(jì)劃投入3億美元來尋找動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方案。
當(dāng)臨床前CRO巨頭決心自我革命，除了增加人道主義考慮，或許還有更多考慮。
實(shí)驗(yàn)動(dòng)物受供需周期波動(dòng)影響，價(jià)格容易暴漲。最典型如前兩年的天價(jià)猴實(shí)驗(yàn)，大大增加實(shí)驗(yàn)成本。而由于監(jiān)管的調(diào)查，Charles River Lab實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的相關(guān)業(yè)務(wù)也倍受考驗(yàn)。
隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我們有理由相信，未來將有更多的創(chuàng)新方案取代傳統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)、科研與倫理的多重進(jìn)步。在這條道路上，每一步的探索和嘗試，都值得關(guān)注。
/ 01 /
CRO巨頭與監(jiān)管的轉(zhuǎn)變
替代方法推進(jìn)項(xiàng)目（AMAP），是Charles River Lab（CRL）最新提出的戰(zhàn)略計(jì)劃。
作為臨床前CRO巨頭，藥物發(fā)現(xiàn)和安全性評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)是CRL最大的收入來源。不僅為客戶提供安評(píng)服務(wù)，CRL本身也是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的主要供應(yīng)商。據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》早期報(bào)道，實(shí)驗(yàn)室研究中使用的每?jī)芍粍?dòng)物中就有一只來自CRL。
事實(shí)上，40年代的CRL也正是靠飼養(yǎng)、培育、出售實(shí)驗(yàn)小鼠起家的。而當(dāng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)爭(zhēng)議愈發(fā)激烈，公司也因涉及柬埔寨猴子供應(yīng)商非法進(jìn)口動(dòng)物的問題而受到調(diào)查，CRL正在努力通過尋找動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方案，來革自己的命。
按照CRL的說法，過去4年其已經(jīng)為此投入了2億美元，接下來5年還將投入3億美元。而這一次的AMAP，則是希望通過投資人工智能解決方案來尋找藥物候選分子，并與政策制定者合作，推動(dòng)動(dòng)物替代實(shí)驗(yàn)方案獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)的更廣泛接受。
事實(shí)上，過去幾年，在社會(huì)各界的殷切敦促下，監(jiān)管的態(tài)度已經(jīng)有所轉(zhuǎn)變。
2022年9月29日，美國(guó)參議院通過了FDA Modernization Act 2.0，曾引起業(yè)界廣泛關(guān)注。核心原因在于，其中提到要終止“動(dòng)物實(shí)驗(yàn)強(qiáng)制令”。
這一強(qiáng)制令設(shè)立于1938年，產(chǎn)生的誘因是多起嚴(yán)重的藥品安全事故。
早期，藥廠推出一款新藥時(shí)，并不需要證明其安全性。而當(dāng)眾多安全事故爆發(fā)后，1938年美國(guó)總統(tǒng)羅斯福簽署了《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案》，規(guī)定所有藥物上市前都需要提供安全性證據(jù)。而用于人體之前，先在動(dòng)物身上測(cè)試安全性，也成了過去幾十年唯一的選擇。
FDA modernization ACT 2.0則將取消了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)制令，原先法案中“動(dòng)物（animal）試驗(yàn)”被替換為“非臨床測(cè)試和試驗(yàn)（nonclinical tests and studies）”。
所謂“非臨床測(cè)試和試驗(yàn)”，是基于細(xì)胞的分析、器官芯片和微生理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)模型、其他基于非動(dòng)物或人類生物學(xué)的方法和動(dòng)物試驗(yàn)。
也就是說，不再局限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，還可以采用細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、生化實(shí)驗(yàn)等手段。這些替代方案均可用于申請(qǐng)F(tuán)DA的豁免，以評(píng)估臨床前階段的藥物安全性和有效性。
這項(xiàng)立法標(biāo)志著一項(xiàng)重大轉(zhuǎn)變，監(jiān)管允許臨床前研究采用更多替代方案，而不是僅僅依賴于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
FDA modernization ACT 2.0之外，美國(guó)還通過了另一項(xiàng)法案，生物類似藥不再?gòu)?qiáng)制動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。在生物類似藥“仿制”技術(shù)日益成熟、本就使用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)較少的情況下，不強(qiáng)制動(dòng)物實(shí)驗(yàn)亦是水到渠成的一個(gè)平衡表態(tài)。
/ 02 /
替代方案的火熱與現(xiàn)實(shí)
動(dòng)物替代實(shí)驗(yàn)相對(duì)于傳統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來說，除了增加人道主義考慮，其周期短效率高、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與人類接近和可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求個(gè)性化設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)也值得關(guān)注。
加之近些年來，信息技術(shù)、測(cè)序技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、細(xì)胞培育技術(shù)作為底層工具發(fā)展迅猛，給動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方案提供了應(yīng)用落地的可能。
那么，替代方案有哪些？能取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)嗎？
目前看來，最有可能部分替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的技術(shù)方案，是類器官和器官芯片。這也是該領(lǐng)域最熱門的研究領(lǐng)域。
類器官是指一種利用干細(xì)胞、祖細(xì)胞等在體外培養(yǎng)出的3D細(xì)胞培養(yǎng)物并具有一定的空間結(jié)構(gòu)組織類似物，并具有類似器官功能的模型。
類器官培養(yǎng)與細(xì)胞培養(yǎng)不同的地方在于3D，細(xì)胞培養(yǎng)往往會(huì)出現(xiàn)貼壁生長(zhǎng)，而類器官培養(yǎng)中，基質(zhì)膠起到重要作用，它會(huì)形成一個(gè)立體結(jié)構(gòu)，細(xì)胞就會(huì)在基質(zhì)膠上生長(zhǎng)，形成一定的三維結(jié)構(gòu)，比如成管、成瘤等等。
其最大的優(yōu)點(diǎn)在于，能在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建出高度模擬人體內(nèi)真實(shí)情況的體外培養(yǎng)模型。因此，這也是測(cè)試藥物治療癌癥和其他疾病的主流替代選擇。
比如，美國(guó)南加州大學(xué)干細(xì)胞中心的研究人員利用人類多能干細(xì)胞(hPSC)培養(yǎng)腎臟類器官，以確定治療常染色體顯性多囊腎病(ADPKD)的潛在藥物。
這些類器官由一兩個(gè)類似于腎臟過濾單位的結(jié)構(gòu)組成?？茖W(xué)家使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)滅活了PKD1或PKD2，從而在類器官中創(chuàng)建了囊腫，用于研究ADPKD。他們使用基因編輯的人類類器官進(jìn)行了首次篩選，并確定了ADPKD的潛在治療藥物，包括喹唑啉。
盡管近些年來，類器官研究取得了巨大的進(jìn)展，但并不意味著類器官可以馬上替代動(dòng)物試驗(yàn)，其仍面臨不少的不足和缺陷。比如異質(zhì)性，再比如其缺乏血管化結(jié)構(gòu)、缺乏免疫細(xì)胞、器官系統(tǒng)化程度低等問題。針對(duì)這些問題，國(guó)內(nèi)外企業(yè)也正在加快攻堅(jiān)的步伐。
器官芯片則更進(jìn)一步，以類器官為基礎(chǔ)，在芯片上構(gòu)建三維的人體器官生理微系統(tǒng)。
目前，類似原理的微型仿生細(xì)胞培養(yǎng)芯片，已被成功應(yīng)用在模擬不同的人體器官功能。美國(guó)德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員創(chuàng)建了第一個(gè)淋巴管芯片，以了解淋巴病理生理學(xué)和生理學(xué)背后的機(jī)械力，從而開發(fā)治療淋巴管疾病的新靶點(diǎn)。他們認(rèn)為其平臺(tái)適用于淋巴和血液力學(xué)生物學(xué)、炎癥和轉(zhuǎn)化結(jié)果的臨床前研究。
2022年8月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了全球首個(gè)完全基于器官芯片研究獲得臨床前數(shù)據(jù)的新藥（NCT04658472）進(jìn)入臨床試驗(yàn)。這被視為器官芯片實(shí)驗(yàn)，首次取代傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，并正式被官方認(rèn)可的標(biāo)志性事件。
但器官芯片成功應(yīng)用于IND申請(qǐng)有兩個(gè)重要前提。其一，NCT04658472此前已被FDA批準(zhǔn)用于其他適應(yīng)證，已有安全性數(shù)據(jù)作為支撐，而器官芯片只是提供了新適應(yīng)證的臨床前療效數(shù)據(jù)，并非完全取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)；
其二，F(xiàn)DA批準(zhǔn)該新藥臨床試驗(yàn)的適應(yīng)證屬于罕見病。而罕見病常因缺乏有效模擬病癥的動(dòng)物模型而難以開發(fā)治療藥物。
作為一項(xiàng)多學(xué)科高度交叉的前沿技術(shù)，器官芯片技術(shù)門檻較高。相較于歐美，國(guó)內(nèi)發(fā)展較為早期，整體缺乏資金和政策系統(tǒng)性組織的支持。但包括艾瑋得生物、大橡科技、子瞻醫(yī)療在內(nèi)的藥企正在努力追趕。
其中，大橡科技被外界稱為器官芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，據(jù)稱已經(jīng)推出3款芯片產(chǎn)品，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了腫瘤、肝、血腦屏障等多種器官芯片模型。
盡管如此，如何研發(fā)出兼顧仿生與通量特性、滿足藥物研發(fā)需求的器官芯片模型，以及產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、易用性、重現(xiàn)性等問題，大橡科技并未給出一個(gè)很好的答案。
/ 03 /
尋找平衡
出于技術(shù)和監(jiān)管的種種限制，現(xiàn)在的替代方法只能針對(duì)部分產(chǎn)品，并不能覆蓋所有的品類，所以極端的替代也并不現(xiàn)實(shí)。
也就是說，目前談取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還言之過早。所有的替代方案尚需深入研究、積累數(shù)據(jù)和廣泛驗(yàn)證。
畢竟，對(duì)于任何監(jiān)管機(jī)構(gòu)來說，科學(xué)始終是其決策的基礎(chǔ)。盡管美國(guó)在2022年已經(jīng)解除了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)強(qiáng)制令，但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不可能被“一夜終止”。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在新藥開發(fā)被用于安全性評(píng)價(jià)（毒理、安全性測(cè)試），在沒有找到100%完全替代方法的前提下，臨床前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)仍然非常有必要。
一個(gè)新藥必須要在兩種動(dòng)物中檢驗(yàn)安全性，包括觀察潛在毒副作用以及不同劑量下的表現(xiàn)，這一標(biāo)準(zhǔn)FDA并沒有改動(dòng)。FDA也明確表示，盡管制藥公司爭(zhēng)取盡可能少地使用動(dòng)物，確保對(duì)其進(jìn)行人道和適當(dāng)?shù)淖o(hù)理，但動(dòng)物試驗(yàn)對(duì)于藥物開發(fā)和確定實(shí)驗(yàn)化合物的毒性仍然至關(guān)重要。
因此，F(xiàn)DA modernization ACT 2.0法案更像是美國(guó)工業(yè)界、動(dòng)保組織、政府多方面博弈之后取得的平衡結(jié)果。
那么，如果目前不能在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與動(dòng)物倫理中做單選，是否可以在兩者之中找到最佳平衡呢？
早在幾十年前，英國(guó)動(dòng)物學(xué)家William Rusell和微生物學(xué)家Rex Burch就提出了3R原則，即減少（Reduction）、優(yōu)化（Refinement）和替代（RepIacement），目的是努力做到不用動(dòng)物做測(cè)試，或者用最少的動(dòng)物做出最好的實(shí)驗(yàn)效果。
3R原則的提出，最初多是出于人道主義考慮，早期學(xué)者們的努力方向也多是在動(dòng)物福利和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)之間尋求平衡點(diǎn)，替代僅作為其中一種方法存在。
而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和公眾認(rèn)知的提高，動(dòng)物替代實(shí)驗(yàn)方案愈發(fā)受到重視，這也是科學(xué)評(píng)價(jià)體系的轉(zhuǎn)化。
當(dāng)前，在化妝品領(lǐng)域和部分醫(yī)藥領(lǐng)域，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用動(dòng)物替代方法進(jìn)行試驗(yàn)。20年前，歐盟便已經(jīng)全面禁止所有針對(duì)化妝品成品的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
化妝品是外部用品，安全評(píng)價(jià)技術(shù)相對(duì)藥品來講要簡(jiǎn)單，目前的體外技術(shù)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。近十幾年來，也有多種毒性測(cè)試替代方法獲得監(jiān)管認(rèn)可，如皮膚腐蝕試驗(yàn)、皮膚刺激試驗(yàn)、經(jīng)皮膚吸收試驗(yàn)、眼刺激試驗(yàn)、皮膚過敏試驗(yàn)、光毒性試驗(yàn)等。
此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方法還包括應(yīng)用于熱源試驗(yàn)、疫苗生產(chǎn)、生物制品測(cè)試等醫(yī)療領(lǐng)域的方法。這些方法被歐洲藥典、人用藥品注冊(cè)技術(shù)要求國(guó)際協(xié)調(diào)委員會(huì)等法規(guī)接受。比如，脊髓灰質(zhì)炎疫苗的毒力測(cè)試廢除了猴子實(shí)驗(yàn)，改用體外培養(yǎng)的細(xì)胞；生物制品的熱源實(shí)驗(yàn)廢除了兔子實(shí)驗(yàn)，改用血細(xì)胞測(cè)試等。
但正如前文所述，由于多方面的原因，目前做不到完全替代。
科技進(jìn)步始終是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方法得以發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力量。而動(dòng)物替代所解決的問題遠(yuǎn)不只是“兔兔那么可愛，怎么可以殺兔兔”，況且，即使兔兔試過了，也未必百分之百可靠。
現(xiàn)階段我們基于現(xiàn)實(shí)，需要的是一種平衡。立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，需要的則是更高效、更精準(zhǔn)和更仁慈的替代方法進(jìn)行試驗(yàn)，并使試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化、應(yīng)用在人類身上。
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