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福彩好运快3辽宁:從算法到迷你器官:未來動物實驗會被取代嗎?

广西好运快3 www.tyrfy.icu 編輯:黃榮      信息來源: 西e網-新浪網發布時間:2019-5-9

  據國外媒體報道,1980年,《紐約時報》刊登了一則來自動物權利組織的整版廣告,其內容是抨擊一家知名化妝品公司在兔子的眼睛上測試產品。這項運動成效顯著,最終導致幾家美容公司承諾投入數十萬美元,用于尋找不涉及動物的替代測試方法。
 
  將近40年之后,我們找到了哪些替代方法?這些方法又取得了多少進展?
 
  在我們深入研究這些問題的答案之前,需要明白一個重要的區別:雖然“動物實驗”經常讓人想起化妝品公司對兔子等可愛動物進行的殘忍實驗——以追求美麗的名義,但是,動物在科學研究(包括尋找替代手段的研究)中的應用已經遠遠超出了化妝品行業的范疇。小鼠和大鼠等動物被廣泛應用于毒理學,用于研究化學物質及其對人類的影響。動物也是藥物發現和測試的關鍵。在生物醫學研究中,動物模型是許多實驗的基礎,研究人員通過它們研究從大腦回路功能到細胞疾病進展等無數科學問題。
 
  盡管實驗動物在這些領域十分重要,但許多人正在努力減少它們在實驗中的應用。在一定程度上,這是由于不同國家對道德的擔憂推動了新的立法,但另一方面也取決于金錢和時間。
 
  “從理論上講,非動物實驗可以更便宜、更快速,”美國國家毒理學項目的替代毒理學方法跨部門評估中心主任沃倫·凱西(WarrenCasey)說道。他所領導的這個機構分析了多種取代化學安全測試動物的方法。
 
  對實驗動物的另一個擔憂是,在某些類型的研究中,由于動物與人類的差異太大,以至于無法成功預測某些產品對我們身體的影響??髟誚郵懿煞檬北硎荊?ldquo;因此,我們就涉及到了道德、效率和人類相關性的問題。”
 
  那么,目前最有希望的選擇是什么?
 
  無處不在的數據
 
  一種方法是用算法代替動物。研究人員正在開發計算模型,通過處理大量的研究數據來預測某些產品對有機體的影響。
 
  美國羅格斯大學的化學系教授朱浩表示,這是一個很有應用前景的方法,也非常便宜。他所在的研究團隊已經開發出一種高速算法,可以從在線化學數據庫中提取大量信息,通過識別它們之間的結構相似性,將數千種經過測試的化合物與未經測試的新化合物進行比較。然后,該算法利用我們所知道的被測試化合物的毒性,對具有相似結構的未測試化合物的毒性做出可靠的預測(假設相同的結構意味著化合物具有類似的效應)。
 
  通常,確定一種新化合物的效果需要進行數十次昂貴而耗時的動物實驗,而通過這樣的算法預測,我們可以減少所需的動物研究數量。“如果我們能證明希望投放市場的化合物是安全的,那就可以認為,這類研究能夠替代目前的動物研究,”朱浩教授說道。馬里蘭州約翰霍普金斯大學的研究人員進行的一項類似研究表明,在多種化合物的毒性預測方面,算法甚至可能優于動物實驗。
 
  微型器官
 
  近年來,科學家們開始在植入到塑料芯片的支架上培養人類細胞,形成模擬心臟、肝臟、腎臟和肺部功能的微小結構。這些結構被稱為“芯片上的器官”,可以作為一種測試新化合物或新藥物對人類細胞影響的全新方法。
 
  對這些簡化的、微型化的人類生理學模型進行測試,可以比動物實驗更能得出與人類相關的結果。至關重要的是,在早期研究的探索階段,當科學家不需要對整個系統進行測試時,這種測試也可以避免使用整只動物。沃倫·凱西表示,“芯片上的器官”在很大程度上解決了單一輸出或終端的問題,因為所有可能需要在這個早期階段進行的工作,就是測試某種細胞類型應對藥物或疾病的反應,從而指導今后的研究。
 
  德國弗勞恩霍夫材料與束技術研究所的研究人員弗洛里安·施密德(FlorianSchmieder)說,這種方法可能“在大多數情況下有助于減少研究人員正在進行的項目中計劃的動物試驗的數量”。除了肺臟、肝臟和心臟,一些公司還在開發能夠模擬人類皮膚的人造3D結構。這在毒理學中尤其重要。長期以來,動物皮膚測試在毒理學中一直是了解未測試新化合物效果的基礎。
 
  用這種無害的皮膚組織模型來替代動物皮膚測試已經成為現實,凱西說:“研究證明皮膚組織模型非常有效。它們能讓我們深入了解急性變化,比如某些東西是否會腐蝕和損傷皮膚。”
 
  人體研究
 
  經常有人提出這樣一種反對動物實驗的意見:如果人類想從新的療法、藥物和研究中獲益,那么我們應該把自己作為實驗對象。這是一個非常簡化和極端的觀點。在大多數國家,法律規定在給人類用藥之前必須先進行動物實驗。因此,這種觀點并不一定符合實際。
 
  不過,有一些經過仔細控制的人體實驗形式確實有可能在不危害人類健康的情況下減少對動物的使用。其中一種方法就是微量給藥。在這種方法中,人體接受一種新藥的量非常小,以至于它不會產生廣泛的生理效應,但系統中有足夠的循環來測量它對單個細胞的影響。
 
  研究者的想法是,這種謹慎的方法可以幫助在早期階段消除不可行的藥物,而不用在研究中使用成千上萬的動物,最終只證明藥物不起作用。這種方法已被證明是安全有效的,許多大型制藥公司都在使用微量給藥方法來簡化藥物開發。
 
  “這當然會有倫理上的顧慮,但是這些顧慮很容易被更安全、更有效的藥物在推向市場后帶來的潛在收益所抵消,”凱西說道。
 
  現在的進展如何?
 
  那么,這些替代方法對動物實驗的未來意味著什么呢?在一些研究領域,比如化妝品測試——許多現有的產品已經通過動物實驗證明是安全的——中,人們越來越認識到,測試新產品并不是推動這個行業發展所必需的。這一點得到了歐盟提出的管理條例的證實,現在,歐盟禁止對任何在歐盟生產和銷售的化妝品進行動物測試。
 
  我們也看到了毒理學研究的進展。長期以來,毒理學家們一直依賴于6種核心的動物實驗來篩選新產品的急性毒性,即檢查產品是否會引起皮膚刺激、眼睛損傷或死亡。不過凱西表示,在未來兩年內,這些基線測試在美國很可能被非動物實驗取代。取得這一進展的原因是“與(動物)長期暴露于某種化學物質后可能出現的其他安全問題(如癌癥或生殖毒性)相比,這些毒性類型的生物學基礎要簡單得多,”凱西說道。
 
  但在其他研究領域,研究人員關注的問題更加復雜,動物模型仍然是我們目前能夠充分理解化合物、藥物或疾病所產生的各種各樣廣泛和長期影響的唯一方法??魎擔?ldquo;生理學是非常非常復雜的,我們仍然沒有掌握它。”除了動物模型,還沒有其他任何方法能夠適當地模擬人的生理學。
 
  即使像“芯片上的器官”這樣富有前景的進展,對于呈現一個相互關聯的人體而言,也還有很長的路要走。“發展人造器官系統的主要問題是在體外獲得生物體的全部復雜性,”施密德說,“問題的關鍵是要以一種真正可預測的方式模擬人體的動力學和動態變化。”
 
  雖然芯片上的器官和其他發明可能有助于回答更簡單的問題,但目前,全動物模型是研究更復雜效應的唯一途徑,比如對大腦回路功能如何與可見行為聯系起來的研究。這類問題有助于我們了解人類疾病,并最終帶來挽救生命的治療方法。因此,支撐這些發現的動物實驗仍然至關重要。
 
  同樣值得注意的是,我們今天所進行的一些最有前景的非動物實驗方法——比如算法預測——之所以能夠奏效,正是因為它們可以借鑒數十年的動物研究成果。為了在未來取得更進一步的成果,我們需要繼續這些研究。
 
  “我們不能用電腦完全取代動物實驗。我們仍然需要一些低水平的動物實驗來產生必要的數據,”朱浩說,“如果你讓我投票給一個有前景的方法,我會投票給計算和實驗相結合的方法。”
 
  那么,除了動物實驗,我們還有其他選擇嗎?答案既是肯定的也是否定的。雖然我們有幾個選擇,但目前它們還不夠成熟,不足以完全取代動物實驗。然而,至關重要的是,這些可以減少我們用于研究的動物數量。有了新的管理規定,有了更聰明的選擇,我們至少可以對未來抱有希望,實驗動物的數量將繼續下降。
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