文|氨基觀察
動物實驗，可以說是當今世界最有爭議的話題之一。
動物實驗是目前新藥開發(fā)必經(jīng)的臨床前驗證過程，是推進人類醫(yī)學與生命科學發(fā)展的必要的“惡”。某種程度上，動物實驗≈臨床前實驗，其重要性不言而喻。
但在過去很多年里，動物實驗一直受到挑戰(zhàn)。
挑戰(zhàn)首先來自倫理方面的爭議。有數(shù)據(jù)顯示，每年約有1億只脊椎動物在世界各地進行實驗；與此同時，有許多營利性的公司每年飼養(yǎng)與銷售幾千萬只的實驗動物，借以獲取利潤。數(shù)字背后，是倫理的拷問和公眾對動物權(quán)益的擔憂。
臨床試驗的高失敗率進一步加劇了這種拷問與擔憂。公眾對動物實驗的辯論愈發(fā)激烈，越來越多的人開始呼吁減少甚至禁止以動物為代價的實驗。
在這樣的背景下，動物實驗的替代方案成為了科研領(lǐng)域的新趨勢。類器官和器官芯片技術(shù)的發(fā)展，為尋找替代動物實驗的方法提供了新的可能性。
但目前談取代動物實驗還言之過早，所有的替代方案尚需深入研究、積累數(shù)據(jù)和廣泛驗證。
4月16日，Charles River Lab宣布啟動替代方法推進項目（AMAP），計劃投入3億美元來尋找動物實驗替代方案。
當臨床前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。
實驗動物受供需周期波動影響，價格容易暴漲。最典型如前兩年的天價猴實驗，大大增加實驗成本。而由于監(jiān)管的調(diào)查，Charles River Lab實驗動物的相關(guān)業(yè)務也倍受考驗。
隨著科技的發(fā)展和社會的進步，我們有理由相信，未來將有更多的創(chuàng)新方案取代傳統(tǒng)的動物實驗，實現(xiàn)商業(yè)、科研與倫理的多重進步。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
替代方法推進項目（AMAP），是Charles River Lab（CRL）最新提出的戰(zhàn)略計劃。
作為臨床前CRO巨頭，藥物發(fā)現(xiàn)和安全性評價業(yè)務是CRL最大的收入來源。不僅為客戶提供安評服務，CRL本身也是實驗動物的主要供應商。據(jù)《華爾街日報》早期報道，實驗室研究中使用的每兩只動物中就有一只來自CRL。
事實上，40年代的CRL也正是靠飼養(yǎng)、培育、出售實驗小鼠起家的。而當動物實驗爭議愈發(fā)激烈，公司也因涉及柬埔寨猴子供應商非法進口動物的問題而受到調(diào)查，CRL正在努力通過尋找動物實驗替代方案，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，推動動物替代實驗方案獲得監(jiān)管機構(gòu)的更廣泛接受。
事實上，過去幾年，在社會各界的殷切敦促下，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“動物實驗強制令”。
這一強制令設(shè)立于1938年，產(chǎn)生的誘因是多起嚴重的藥品安全事故。
早期，藥廠推出一款新藥時，并不需要證明其安全性。而當眾多安全事故爆發(fā)后，1938年美國總統(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，先在動物身上測試安全性，也成了過去幾十年唯一的選擇。
FDA modernization ACT 2.0則將取消了動物實驗的強制令，原先法案中“動物（animal）試驗”被替換為“非臨床測試和試驗（nonclinical tests and studies）”。
所謂“非臨床測試和試驗”，是基于細胞的分析、器官芯片和微生理系統(tǒng)、計算機模型、其他基于非動物或人類生物學的方法和動物試驗。
也就是說，不再局限于動物實驗，還可以采用細胞實驗、生化實驗等手段。這些替代方案均可用于申請FDA的豁免，以評估臨床前階段的藥物安全性和有效性。
這項立法標志著一項重大轉(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物實驗。
FDA modernization ACT 2.0之外，美國還通過了另一項法案，生物類似藥不再強制動物實驗。在生物類似藥“仿制”技術(shù)日益成熟、本就使用動物實驗較少的情況下，不強制動物實驗亦是水到渠成的一個平衡表態(tài)。
02 替代方案的火熱與現(xiàn)實
動物替代實驗相對于傳統(tǒng)的動物實驗來說，除了增加人道主義考慮，其周期短效率高、實驗系統(tǒng)與人類接近和可根據(jù)實驗需求個性化設(shè)計等優(yōu)勢也值得關(guān)注。
加之近些年來，信息技術(shù)、測序技術(shù)、機器學習、細胞培育技術(shù)作為底層工具發(fā)展迅猛，給動物實驗替代方案提供了應用落地的可能。
那么，替代方案有哪些？能取代動物實驗嗎？
目前看來，最有可能部分替代動物實驗的技術(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胞、祖細胞等在體外培養(yǎng)出的3D細胞培養(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)與細胞培養(yǎng)不同的地方在于3D，細胞培養(yǎng)往往會出現(xiàn)貼壁生長，而類器官培養(yǎng)中，基質(zhì)膠起到重要作用，它會形成一個立體結(jié)構(gòu)，細胞就會在基質(zhì)膠上生長，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)點在于，能在短時間內(nèi)構(gòu)建出高度模擬人體內(nèi)真實情況的體外培養(yǎng)模型。因此，這也是測試藥物治療癌癥和其他疾病的主流替代選擇。
比如，美國南加州大學干細胞中心的研究人員利用人類多能干細胞(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類似于腎臟過濾單位的結(jié)構(gòu)組成?？茖W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展，但并不意味著類器官可以馬上替代動物試驗，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)、缺乏免疫細胞、器官系統(tǒng)化程度低等問題。針對這些問題，國內(nèi)外企業(yè)也正在加快攻堅的步伐。
器官芯片則更進一步，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胞培養(yǎng)芯片，已被成功應用在模擬不同的人體器官功能。美國德克薩斯農(nóng)工大學的研究人員創(chuàng)建了第一個淋巴管芯片，以了解淋巴病理生理學和生理學背后的機械力，從而開發(fā)治療淋巴管疾病的新靶點。他們認為其平臺適用于淋巴和血液力學生物學、炎癥和轉(zhuǎn)化結(jié)果的臨床前研究。
2022年8月，F(xiàn)DA批準了全球首個完全基于器官芯片研究獲得臨床前數(shù)據(jù)的新藥（NCT04658472）進入臨床試驗。這被視為器官芯片實驗，首次取代傳統(tǒng)動物實驗，并正式被官方認可的標志性事件。
但器官芯片成功應用于IND申請有兩個重要前提。其一，NCT04658472此前已被FDA批準用于其他適應證，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證的臨床前療效數(shù)據(jù)，并非完全取代動物實驗；
其二，F(xiàn)DA批準該新藥臨床試驗的適應證屬于罕見病。而罕見病常因缺乏有效模擬病癥的動物模型而難以開發(fā)治療藥物。
作為一項多學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)品的標準化、易用性、重現(xiàn)性等問題，大橡科技并未給出一個很好的答案。
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。
也就是說，目前談取代動物實驗還言之過早。所有的替代方案尚需深入研究、積累數(shù)據(jù)和廣泛驗證。
畢竟，對于任何監(jiān)管機構(gòu)來說，科學始終是其決策的基礎(chǔ)。盡管美國在2022年已經(jīng)解除了動物實驗強制令，但動物實驗不可能被“一夜終止”。
動物實驗在新藥開發(fā)被用于安全性評價（毒理、安全性測試），在沒有找到100%完全替代方法的前提下，臨床前的動物實驗仍然非常有必要。
一個新藥必須要在兩種動物中檢驗安全性，包括觀察潛在毒副作用以及不同劑量下的表現(xiàn)，這一標準FDA并沒有改動。FDA也明確表示，盡管制藥公司爭取盡可能少地使用動物，確保對其進行人道和適當?shù)淖o理，但動物試驗對于藥物開發(fā)和確定實驗化合物的毒性仍然至關(guān)重要。
因此，F(xiàn)DA modernization ACT 2.0法案更像是美國工業(yè)界、動保組織、政府多方面博弈之后取得的平衡結(jié)果。
那么，如果目前不能在動物實驗與動物倫理中做單選，是否可以在兩者之中找到最佳平衡呢？
早在幾十年前，英國動物學家William Rusell和微生物學家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物做測試，或者用最少的動物做出最好的實驗效果。
3R原則的提出，最初多是出于人道主義考慮，早期學者們的努力方向也多是在動物福利和動物實驗之間尋求平衡點，替代僅作為其中一種方法存在。
而隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和公眾認知的提高，動物替代實驗方案愈發(fā)受到重視，這也是科學評價體系的轉(zhuǎn)化。
當前，在化妝品領(lǐng)域和部分醫(yī)藥領(lǐng)域，已經(jīng)可以實現(xiàn)應用動物替代方法進行試驗。20年前，歐盟便已經(jīng)全面禁止所有針對化妝品成品的動物實驗。
化妝品是外部用品，安全評價技術(shù)相對藥品來講要簡單，目前的體外技術(shù)是完全可以實現(xiàn)的。近十幾年來，也有多種毒性測試替代方法獲得監(jiān)管認可，如皮膚腐蝕試驗、皮膚刺激試驗、經(jīng)皮膚吸收試驗、眼刺激試驗、皮膚過敏試驗、光毒性試驗等。
此外，動物實驗替代方法還包括應用于熱源試驗、疫苗生產(chǎn)、生物制品測試等醫(yī)療領(lǐng)域的方法。這些方法被歐洲藥典、人用藥品注冊技術(shù)要求國際協(xié)調(diào)委員會等法規(guī)接受。比如，脊髓灰質(zhì)炎疫苗的毒力測試廢除了猴子實驗，改用體外培養(yǎng)的細胞；生物制品的熱源實驗廢除了兔子實驗，改用血細胞測試等。
但正如前文所述，由于多方面的原因，目前做不到完全替代。
科技進步始終是動物實驗替代方法得以發(fā)展的驅(qū)動力量。而動物替代所解決的問題遠不只是“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，需要的是一種平衡。立足長遠，需要的則是更高效、更精準和更仁慈的替代方法進行試驗，并使試驗結(jié)果轉(zhuǎn)化、應用在人類身上。