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愿世上不再有动物实验,全球的科学家都在努力

荷兰在线特约专栏 文|闻雨

药物和化妆品从化合物的筛选到最终进入我们的口腹或贴合在脸上,经历了漫长的过程。为了保证这些制品在接触我们的时候是基本安全、有效的,有一些生物做了“以身试毒”的工作。

根据欧盟委员会官方报告,2011年欧盟有近1150万只动物被用于实验。在期刊ALTEX上发表的一篇分析则显示,2016年,欧盟27个成员国共进行了至少1050万次动物实验(葡萄牙未被列入,因为该国自2014年以后再未发过相关报告-研究者注)。

动物实验真的是必不可少的吗?

用于研究的动物实验通常在大学、医院、制药公司等地方进行,动物实验的目的有很多——科学研究、集中认识有机体的基本知识、应用研究等等。应用研究的例子包括测试疾病治疗方法、育种、国防研究、毒理学、化妆品测试等等。

中学时期的生物课上,大家或许都做过青蛙或小鼠的解剖,这也是动物实验的一部分。有些动物与人类在生物学上极为相似,使得它们被称为医学上非常好的动物模型,比如脊髓灰质炎疫苗的研发,其安全性就是在猴子身上得到检验的。

在确保人类健康和技术发展的同时,动物保护也日益成为大家关注的重点。笔者认为,不应理所当然地觉得动物实验就是应该的;也不应过于激进地认为一定要保护起来禁止所有动物实验。动物实验应当是一种“没有其他替代方案”时的选择。

化妆品动物实验就逐渐被认为是可以被替代的。欧盟、以色列、印度、澳大利亚等国家和地区已经全面禁止了化妆品动物实验,新西兰、土耳其、韩国等亦部分禁止化妆品动物实验。

德国普朗克研究所一位动物研究办公室官员在2月14日接受媒体采访时表示,必须确保在基础研究中所进行的动物实验是具有科学意义的,尤其是在某些情况下,了解动物的遗传状况是必要的。另一方面,技术也会让人们逐步找到动物实验的“替代品”。比如,如果人们能利用一个芯片测试出一种药物对人体的影响,那么动物实验就变得“非必要”了。

一枚芯片=一个动物实验

2019年12月,笔者造访了荷兰莱顿大学生物科学园的器官芯片公司MIMETAS,这家成立于2014年的公司已在去年完成了B轮融资,他们开发的“肾脏芯片”和“肝脏芯片”就是用来替代动物实验,帮助测试药物的。

以耗时漫长成本又极高的药物研发为例,传统的思路是依赖二维体外分析,也就是培养单层细胞,辅以动物体内模型论证。但随着人们对特效药需求的变大和要求副作用的降低,药物研发人员也日渐对传统思路得出的结论与人类的生理相关性和临床可预测性之间的差异越来越在意。

詹森生物治疗学高级研究科学家杰森·埃克特博士曾表示,医药研发所依赖的动物体内模型并不能真正复刻人类的情况,需要更好的体外细胞模型来模拟病人体内的组织中发生的一切。而复杂的三维人类细胞模型,或许是一个出路。

据Vulto介绍,他们开发出的产品OrganoPlate可以高通量灌注进行3D细胞培养、无膜共培养以及上皮组织培养等等,从而能在化合物测试、筛选和相关基础研究上使用。此外,器官芯片公司还开发了肾脏、肝脏、肠道、大脑等器官的模拟模型。

器官芯片可以更好地模拟人体组织面对的现实环境,譬如,肺部芯片会由一层细胞组成,一面浸在类似于血液的培养液中,另一面则暴露在空气中,并与一台拉伸、压缩这些细胞的机器相连接以模仿呼吸运动。他表示,与实验室动物和传统细胞培养模型相比,这种模型能够更好地从人类生理学角度进行预测。

2015年顶级学术杂志《自然》(Nature)刊发评论,称器官芯片是未来可能替代动物试验的革命性技术。或许有一天动物实验在药物研发和毒素测试将不再是一个“必选项”。

从一家公司到横跨欧盟的大平台

作为生物医药发展领先的欧洲国家,荷兰不仅在支持孵化相关领域的公司,还将在器官芯片的发展上承担更大的任务。莱顿大学医学中心与荷兰器官芯片协会(Dutch Organ-on-Chip consortium)领导着欧盟有史以来最大的科研行动计划H2020中的Organ-on-Chip development(ORCHID)。

该项目始于2017年10月,其主要目标是为器官芯片技术的发展提供路线图,并在这一前景光明的创新领域中为所有利益相关者建立生态网络。ORCHID将着重于器官芯片的技术发展、各利益方的协调、以及研发信息的共享等。

据了解,在过去的两年中,ORCHID制订并公示了欧盟器官芯片技术的发展路线图,明确了研究这项技术的人员所需要掌握的培训经验和科研技术,与利益相关者和政策制定者共同制定白皮书,并在全欧洲范围内推广器官芯片技术使其更加广为人知。

根据ORCHID官网列出的目标,平台最重要的功能之一就是共享研发信息。一是在未来2-4年内,通过建立一个数字化的信息平台为全世界提供器官芯片的技术参考,以此来推动这项科技的成长。二是提供器官芯片技术相关的教学和培训来激发年轻的科研工作者对这项科技的兴趣,以此来增强欧洲在这一领域的竞争力。三是构建技术生态,组织梳理利益链条并提高利益相关者的认知,来最大化该技术对经济和公民健康的增益。

在技术发展方面,近两年来,世界各地的科研人员都已经通过ORCHID数字平台获取数据并支持自己的研究,同时再将自己的研究成果分享给其他同行。

比如,美国哈佛大学的科研人员已经可以完成在低氧环境中维持血脑屏障,从而研究治疗性化合物对脑组织的影响;瑞士伯尔尼大学的科研团队成功在单个肺芯片装置内使多个肺泡同时呼吸;柏林工业大学的研究者们则致力于用芯片培养全层皮肤细胞以研究化妆品对皮肤的效果。

在器官芯片的发展上,中国亦紧随其后。于2017年8月正式揭牌运营的东南大学苏州医疗器械研究院,围绕医疗器械领域开展前沿技术研发、引进国内外先进技术进行二次开发、技术转化和产业孵化。荷兰公司亦曾受邀来中国参加2019年的生物医学工程联合学术年会分享。

据了解,东南大学研究院部署了器官芯片、可降解医用镁合金材料等两大战略前瞻性技术。目前,器官芯片项目组完成了肿瘤器官芯片的开发,已在南京脑科医院、正大天晴等单位投入试用。血管芯片、心脏芯片等多种器官芯片的开发也陆续产出成果,获批国家航天员中心太空器官芯片项目。

作为一个时代发展到一定阶段而寻求变革中的新兴技术,器官芯片的发展才刚刚起步,即使是最好的三维培养模型也无法在许多方面模拟器官的细胞特性,包括无法模拟比如上皮组织或血管内皮细胞的切面、无法控制某些化学物质的交换环境,也无法模拟比如动脉收缩和血管扩张对温差的反应。

但无论如何,目前器官芯片的应用能够有效模拟在一定组织环境内营养物质和其他可溶性物质的运输及分配。因此,器官芯片被称为“下一代三维细胞培养模型”,其最终的目标仍是能够模拟人体内器官的生物活性、动态力学特性和生化功能。让我们拭目以待,在不久的将来,器官芯片能够逐步替代耗时耗力耗财的动物实验,并且进一步达到精准医疗的目的。

 

作者 | 闻雨 

闻雨为笔名,全职记者,自由撰稿人,关注环境、农业、能源,常驻北京的上海人。联合国开发计划署中国校友,可持续发展理念支持者。背环保袋上班,肉粽蘸糖。

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