藥物開發不再仰賴實驗動物,新科技有望減少犧牲數量

作者 | 發布日期 2021 年 02 月 27 日 0:00 | 分類 3D列印 , 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


世界各地每年用於醫學、美妝及保健食品開發的「實驗動物」至少上億隻。試驗過程,牠們的作息不時被干擾,常常被戳針注射毒性藥物甚至是致命癌細胞;實驗結束後,牠們也不太會回歸正常生活,而是被施予安樂死結束生命。還有些荒謬的研究人員以不適當實驗動物模式實驗,得出的實驗數據最後無法實際反映藥物於人體作用的真實狀況,等於白白浪費了實驗動物的生命。

實驗動物對生物醫學研究的重要性

最常用於實驗的動物主要為大鼠、小鼠等囓齒類動物(95%),必要時人類的近親靈長類動物(約 0.3%)也會用於實驗(註)。這些動物的身體構造及生理機制與人類有相似處,如心臟、肺臟、肝臟及血液循環、呼吸、神經,內分泌系統等,因此成為醫學、生命科學相關領域非常重要的教學及研究對象。20 世紀以來的諾貝爾生理學或醫學獎得主,有三分之二都曾透過動物實驗數據研究而獲致突破性發現。

實驗動物對新藥開發的意義

開發中藥物進行人體試驗前,必須先提出療效及安全性佐證資料,因此傳統上新藥研發單位會先以小動物進行「臨床前試驗」(preclinical testing),以獲得申請人體試驗所需之證據。其中小鼠是最廣泛使用的動物,因體型較小易操作,繁殖力強又生長快速(養殖成本相對較低),並具備成熟疾病模式及基因改造工具。

小鼠的實驗結果有疑慮

然而小鼠的生理狀況與人類其實有不小差異,如心跳快速,每分鐘高達 300~500 下;沒有膽囊,所以膽汗直接注入腸內,膽固醇代謝較人類更有效率;此外小鼠根本不會感染愛滋病毒,就算以人工方式強迫感染病毒也徒勞無功,更別說要利用小鼠研究愛滋病了,這也難怪當醫師被問到是否同意──動物實驗「可能因其構造及生理與人類有明顯差異」產生誤導時?──有 88% 醫師表示認同。

也有研究人員坦承,許多動物實驗結果確實有疑慮,例如對小鼠有效抑制癌細胞生長的藥物,最後卻只有約十分之一獲准用於治療癌症病患。依此推論,也可能有些藥物於老鼠無效但實際對人體有效,卻在動物實驗階段屏除。

動物實驗的替代方案

隨著科技進步,運用實驗室培養的人類組織為評估藥效及安全性(臨床前試驗)的主體(取代動物)已漸露曙光。透過「3D 生物列印」(3D-bioprinting)、類器官組織培養及 AI 人工智慧輔助,可望幫助減量動物無謂犧牲,如法國 Poietis 公司正與製藥公司 Servier 合作,開發生物 3D 列印技術製造人類肝臟組織,用於測試藥物引起的肝毒性。

瑞士 Sun Bioscience 公司則在研發以幹細胞培養微小的人類腸道「類器官」(organoid),用於研究人類遺傳疾病(囊腫性纖維化)。至於 AI 人工智慧為何能減少實驗動物用量?科學家可先蒐集已知藥物的分子結構及毒性、副作用等相關資訊,以此訓練 AI,之後 AI 就有能力預測新藥物的可能毒性及副作用。有了 AI 提供的資訊,藥物開發人員能避免不必要的臨床前動物試驗,減少動物無謂的受苦與犧牲。

結語

臨床前試驗對評估新藥的療效和安全性至關重要。基於研發成本、法規和人道的考量,應盡量避免動物實驗,但前提是要有可靠有效的替代方案,才得以確實減少藥物開發時對動物的傷害。若有更適切的臨床前試驗系統,將是更人道的做法也能降低藥物開發成本,可謂一舉數得。

註:靈長類基因序列與人類極相似,生理構造、新陳代謝、發育等也與人類機乎相同,因此靈長類是相當重要的實驗動物。尤其在免疫疾病、發育生物學、生殖學、幹細胞生物學研究都有需求。此外,開發大分子藥物與疫苗時臨床前試驗,也有靈長類試驗的需求。

(首圖來源:pixabay