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新冠疫情之后,实验猴价格已经非常昂贵,甚至是 “一猴难求” | 图源:pixabay.com

 

导  读

近日,美国出台了一项新法案,旨在未来减少动物实验。实际上,近年来,研究 “去动物化” 的呼声已经在业内越来越强。但是眼下,无论是药物开发还是基础研究,动物试验及实验依然是生命科学研究里重要且无法完全代替的步骤。

访谈、撰文 | 宋安娜

责编 | 钱炜

 

9月29日,美国参议院无异议地一致通过了美国食品药品监督管理局现代化法案(FDA Modernization Act 2.0),该法案的目标是取消对新药进行动物试验的联邦授权,终止 “动物实验强制令”,意在未来几年大幅减少对试验动物的使用。
 

图1 FDA Modernization Act 2.0(部分截图)| 图源:senate.gov

 

该法案由美国肯塔基州共和党参议员兰德·保罗、新泽西州民主党人科里·布克为代表的10余位共同发起人提出。兰德·保罗点评到,“这是国会历史上用道德和科学上优越的方法取代动物试验的最大的政策进展。FDA现代化法案2.0将加快创新,通过削减当今科学不支持的繁文缛节,使更安全、更有效的药物更快地推向市场。”

科里·布克也表示,现代科学创新,使得使用动物来测试药物毒性已经越来越过时。当科学可靠的替代测试方法可用时,这项立法将消除无数动物不必要的痛苦。据《药物探索与研发》报道,FDA现代化法案2.0将更新现有的FDA法规,允许药物开发者使用新的与人体相关的测试方法来取代动物试验。

该法案引起了广泛关注,因为无论是药物开发还是基础研究,动物试验及实验都是生命科学研究里非常重要的步骤。而这一法案的出台,被解读为今后不再使用动物开展研究和临床前试验。

不过,多位受访专家表示,尽管动物试验存在一些不完美的地方,多年来也一直是科学伦理中的争议焦点话题之一,然而,当下依然没有更好的替代方案。FDA如果没有进一步出台具体的指导原则,那么这个法案将不会对当前的研究实践产生真正的影响。

 

现代医学进步的关键部分:动物试验

FDA现代化法案将 “动物试验” 改成了 “非临床测试和试验 (nonclinical tests and studies)”。后者包括基于细胞的分析、类器官、微生理系统、计算机模型等等,同时也仍包括动物试验。

信达生物新药研究部首席科学家陈炳良告诉《知识分子》,该法案是取消对新药进行动物试验的 “强制令”(animal test mandate),目标是未来几年要大幅度减少动物试验,但并没有说不可以使用动物进行试验。

现代医学研究诞生以来,人类便一直在利用动物作为解剖和生理学的模型,根据实验需要,实验用动物包括小鼠、猴子、兔子、狗、雪貂、猪、果蝇等等。一些动物在生物学意义上与人类高度相似,比如黑猩猩与人类有98%的基因相似度,老鼠与人类的基因相似度也达到了90%以上。因此,它们对病毒、细菌的反应与人可能相似。

图2 猴子等非人类灵长类动物常被用作实验动物 | 图源:wikipedia


美国斯坦福大学医学院指出,动物易患许多与人类相同的健康问题——癌症、糖尿病、心脏病等,此外,实验室常用的动物生命周期比较短,以小鼠为例,在比较好的环境下它们通常能活2-3年,因此人们可以对它们的整个生命周期甚至数代小鼠进行研究,这是了解疾病如何发展以及它如何与整个活的生物系统相互作用的关键要素。

一些动物的生物学现象被研究得很透彻,它们被称为模式动物。比如,在一系列遗传学实验中,果蝇就是一种非常重要的经典模式动物。早至上世纪中叶,就有一些学者因为研究果蝇而获得诺贝尔奖。

而在药物研发中,临床前试验一般就是指动物试验。动物试验一般会选择两个种属的动物,一种是啮齿类,即大鼠或小鼠,另一种是大型动物,包括猴、狗、小型猪等,通过对比代谢谱、靶点等预实验,判断哪种动物对药物更敏感,以及在动物身上进行毒性测试。

某药企创始人今年6月接受媒体采访时表示,非人灵长类动物成为临床前试验的首选。据测算,约有70%至80%的生物药会用到实验猴做临床前试验。毒理实验需要约40只猴子,如果还要做药物代谢试验,还需要20只左右,所以,正常一款新药临床前研究需要用到至少60只实验猴。

1938年,美国总统罗斯福签署了《联邦食品、药品和化妆品法案》,规定所有药物上市前都需要提供安全性证据。而用于人体之前,先在动物身上测试安全性,也成了过去几十年唯一的选择。

20世纪60年代,欧美至少15个国家的医生都在使用 “反应停”(沙利度胺)来治疗妇女的妊娠反应,结果导致多达1.2万名的婴儿出现短肢畸形。该药物开展了小鼠试验,却未开展猴子试验。随后的毒理实验发现,该药物对动物小鼠的致畸性较弱,但对包括人类在内的灵长类动物却很强。“反应停” 事件后,新药筛选通常需要采用多个物种的动物来进行。

此外,美国得克萨斯大学西南医学中心助理教授吴军在接受《知识分子》访谈时表示,随着疾病模型的增加和研究变得复杂,一个随之而来的情况,科研里的动物实验越来越多,不管是数量还是种类上,对实验动物的依赖都越来越大。

以猴子为例,昆明理工大学灵长类转化医学研究院副院长牛昱宇2021年在接受媒体采访时表示,从2016年之后开始,在生物医学领域,不论是国家科研项目的立项,还是各科研单位自己的研究,都会涉及灵长类动物,大家都意识到用猴子开展研究能回答更多原来在啮齿类动物身上未能找到答案的基础科学问题。干细胞、基因编辑等生物学前沿研究的发展,也推动了灵长类动物实验的需求。

因此也就不难理解,生物医药行业最发达的美国,也是实验用动物的大国。根据statista网站统计,2020年一年,美国是研究和试验动物使用数量最多的国家,总共用了大约2000万只,其次是中国、日本和欧盟,分别是1600万、1100万和940万只。

昆明理工大学灵长类转化医学研究院教授谭韬告诉《知识分子》,虽然近几年美国农业部不再更新其进口猴子的数量,但众所周知,美国是世界上用猴数量最大的国家。据美国农业部2017年统计,该国猴子用量创历史新高,全年用猴7.4万余只,包括药物安全性评价以及基础实验等用途。

在新冠疫情之前,中国成为全球非人灵长类实验动物第一大供给国,实验猴养殖场主要分布在长三角和广西、云南等省份。

啮齿类动物则是使用数量最多的。据位于华盛顿特区的非盈利组织生物医学研究基金会估计,老鼠和大鼠等啮齿动物约占美国用于生物医学研究动物的95%。在跨国药企辉瑞,该公司照料的实验动物99%都是大鼠和小鼠。其它物种包括兔子、仓鼠、豚鼠、雪貂、狗和非人类灵长类动物。该公司声明,其研究动物来自经过批准的供应商,这些供应商的动物福利实践和动物护理项目都经过辉瑞的例行审计。

图3 用于实验的大鼠 | 图源:wikipedia


不过,动物实验并不完美,因为药物在不同物种中的吸收、分布和代谢方式不同,动物模型因在预测新药毒性、安全性和人体药效方面的局限性而受到批评。

2021年9月,一篇发表在《Expert Opinion on Drug Discovery》上的综述文章指出,对动物实验的批评并非全无道理。动物模型和相关的临床前数据在 “预见性” 方面并不是绝对正确的,对于正在研究的抗癌新药物,从动物模型研究到临床评估的成功转化能力,估计只有8%或更低。这些转化失败的原因有很多,包括无效的分子靶点和靶向性,不足够的药物剂量反应关系等等。

美国阿灵顿乔治·梅森大学Mercatus中心 “开放健康项目” 的项目主管 Amez-Droz 是该最新法案的支持者,她认为这是一种监管方面的进步。她于10月5日在《华尔街日报》上撰写的评论文章写道,研究表明,动物测试可能无法很好地预测(药物、食品等)在人类身上的毒性反应。新法案将使此类测试成为可选的,允许制药商选择最有效的毒性测试技术。如果法律发生变化,制药公司可以在开始人体试验之前依靠更准确的测试,让更安全、更有效的药物走向商业化。

“这将降低研发成本,加快药物研发速度,增加市场上药品的数量。鉴于将一种药物推向市场可能花费10亿美元甚至更多,消除这些法律障碍也将受到欢迎。最终,这将意味着更具竞争力的药品价格。”

 

“一猴难求” 与可避免的动物试验

尽管动物模型在研究中具有如此重要的意义,在欧美,近年来,关于呼吁减少使用动物开展研究的声音一直都在。去年10月,参议员保罗和布克提出了他们最初的法案S.2952;差不多同期,欧洲议会在2021年也以667票对4票通过了一项决议,内容就是逐步取消动物试验。
美国化学会发行的期刊《化学化工新闻》(Chemical & Engineering News,简称C&EN)在今年8月份发表的文章中写道,美国立法者和动物福利组织正在向FDA施加越来越大的压力,要求其停止对其管辖范围内的所有产品(除了药物,还包括生物制品、化妆品、食品、医疗器械和烟草)进行动物试验。

今年3月,两位主张减少动物试验的医学专家 Gary K. Michelson 与Aysha Akhtar 在美国医疗行业媒体STAT上发表的评论文章指出,没有人真正知道有多少药物因未能通过动物试验而被拒绝,而这些药物可能已被证明对人类安全且可以挽救生命。他们举例,环孢菌素是一种现已广泛用于治疗自身免疫性疾病和预防器官移植排斥的药物,但由于在动物试验中失败而被推迟。

他们认为,在新冠大流行期间,政府官员和科学家为应对公共危机,削减了组织上的繁文缛节,并在不到一年的时间里开发出了疫苗,其中就包括疫苗开发时在动物试验方面的灵活调整。因此,现在在动物测试方面的立法与实践,也应该进行相应的调整。

一直以来,动物实验都是生命科学研究当中一个充满争议的地带,科学研究、动物保护、监管、药厂利益、宗教等各种力量参与了这场角力。

2019年,是动物实验研究的 “3Rs原则” 提出60周年。3Rs原则即尽可能使用没有知觉的实验材料替代(replacement)活体动物,尽量减少(reduction)使用的实验动物,以及优化(refinement)动物实验程序,避免或减轻给动物造成的疼痛和不安。这是全世界实验室动物立法和监督的基石。如今,每一篇在正规学术刊物上发表的动物实验相关论文,都会声明实验过程已经通过相关动物实验伦理审查程序的批准。

多位受访者告诉《知识分子》,从他们的实际工作来看,在动物实验伦理方面,中国已经逐渐与欧美保持一致,中国并不是更加宽松,有些方面甚至是更为谨慎。在Science的一篇报道中,中科院深圳先进技术研究院神经科学家戴辑就表示,中国的研究人员正在努力 “取代、减少和改进”(即 “3R”)动物实验。他说,即使在中国,与动物相关的政策也越来越严格。

作为核心研发人员之一,陈炳良在跨国药企百时美施贵宝曾参与了抗肿瘤药物纳武利尤单抗(“O药”)的研发。回国这些年,他感到,国内外大药企在动物试验方面的要求是差不多的。每次他的实验室要开一个新的动物研究,科学家们都必须要进行汇报,说明为什么要开这个实验、预期目标是什么、实验周期多长、有没有虐待动物或者动物损伤情况如何等等,才能开始进行实验。国外有些制药公司要来中国开展动物测试,主要是出于经费考虑。包括动物价格和人工费用,中国都更有优势,这也是为何中国的CRO(合同研究组织)在全球制药领域如此重要的原因之一。

从成本角度来看,国内外药企或实验室也没有滥用实验动物的动机:新冠疫情之后,实验猴价格已经非常昂贵,甚至是 “一猴难求”。据媒体今年6月报道,截至今年3月,实验猴单价飞涨至13万元;而在四年前,这一价格还只是1.4万元。这种情况下,为药企提供研发外包服务的CRO企业也在近两年打响了抢猴大战。2020年,药明康德子公司收购广东春盛猴场,纳入两万余只食蟹猴;2021年,康龙化成接连通过收购拿下一万余只实验猴。

图4 食蟹猴(Macaca fascicularis| 图源:wikipedia

 

不过,产业界确实存在一些可以避免的动物试验,百济神州副总裁、转化研究及转化医学负责人沈志荣近日在接受媒体采访时指出,有些在动物中开展的毒理试验不一定 scientifically relevant(具有科学相关性)。因此,FDA现代化法案更多代表了一种态度,促使大家思考和减少对一些确实不相关和不必要的动物药效和毒理试验。

值得一提的是,FDA这项法案还包括另一项拟议改革的内容:不再强制生物类似药(即生物药的仿制药)进行动物试验。对于这一点,多位专家表示认可。“美国有好多药已经上市了,中国拿进来做仿制药,做生物类似药的时候,真的是不用再做动物实验了,人家已经在人类身上使用了。这个倒是完全可以的。” 陈炳良表示。

 

替代方案依然非常早期

(研究)去动物化这件事情,在美国已经有很长时间了,并不是新的事情。这方面的努力一直都有,但是实践证明,这些进展和立法的进步,其实并没有产生真正的影响。” 清华大学药学院创院院长、全球健康药物研发中心(GHDDI)主任丁胜告诉《知识分子》。一个最大的现实障碍,在于当前的技术发展依旧难以替代动物实验。

据《化学化工新闻》报道,FDA正在认真对待减少动物试验的要求,目前在少数几种情况下接受替代试验方案。该机构的一位主管 David Strauss 介绍,该机构已经认可一种生物标志物,该标志物在体外使用人类多能干细胞检测在非临床阶段的发育毒性。此外,对眼睛刺激和皮肤过敏的测试方面,重建的人类角膜样上皮和3D重建人类表皮模型已经取代了兔子。检测生物制剂中的病毒因子方面,新一代测序是一种被提议的替代方法。FDA目前正在努力用单克隆抗体取代动物试验,以量化狂犬病毒疫苗的关键部分。

吴军的研究方向之一是利用多种技术手段开发新型干细胞。他介绍,干细胞取之于人体,未来如果能够研究药物直接对人的细胞的影响的话,可能要比动物模型更好,不过,目前干细胞研究都还是在体外,所以跟在体内复杂的生理系统状态是不一样的。去年,他的团队在去年取得了一个重要进展,那就是报道了人类在体外构建出了完整的人囊胚样结构,文章发表在《自然》杂志,这种干细胞的胚胎模型未来可以作为一种更方便、更有效的药物筛选方法。

在动物模型之外,类器官已成为疾病研究、新药开发领域最受瞩目的模型。类器官是指利用人体干细胞或从病人身上提取的肿瘤组织,在特定的3D体外微环境中培养而成的、高度模拟人体器官特征的小型化体外器官模型。其最早的研究可追溯到1907年,在最近10年间飞速发展。

比如,2019年初,一篇有关人类血管类器官首次建立的研究论文发表在《自然》上。有研究这一方向的学者在接受媒体采访时表示,构建动脉类器官,可以利用病人的iPSC(人诱导多能干细胞)诱导成特异的动脉类器官,模拟动脉粥样硬化、马凡综合征等疾病表型,进行药物筛选等。

2021年4月,跨国药企赛诺菲开始招募受试者参与一项罕见病新药的2期临床试验,比较特别的是,由于这种疾病无法在动物模型中复制,其临床前数据来自体外类器官模型数据。具体来说,是使用类器官芯片系统来模拟罕见自身免疫性神经病变的疾病机制。

2021年12月,中国国家药品监督管理局药品评审中心(CDE)发布了一些非临床研究与评价的指导原则,提出当缺少相关动物模型时,可采用基于细胞和组织的模型(如2D或3D组织模型、类器官和微流体模型等)为有效性和安全性的评估提供有用的补充信息。

不过,多位专家表示,类器官技术现在还远远不能替代动物实验,它无法看到药物引起的全局性反应,不能很好地模拟体内环境。事实上,虽然资本市场热络,但至今其应用的案例还非常稀少。

实际上,当其它疾病模型在进步的时候,动物实验也在进步,这事实上会增加对实验动物的需求。法国波尔多大学神经退行性疾病研究所所长 Erwan Bezard 去年在接受Nature采访时谈到,比如,光遗传学的发展,使科学家能够通过光控制基因编辑的动物大脑内的神经元,借此研究遗传变异如何影响对新药的反应。全球科研活动中的动物使用其实是在走向繁荣,而不是减少。

昆明理工大学灵长类转化医学研究院的实验室是省部共建重点实验室,教授谭韬告诉《知识分子》,他们实验室重点有两方面的工作,一方面是利用猴子的胚胎来研究早期胚胎发育;另一方面,则是结合基因编辑的技术,构建一些灵长类动物的人类疾病模型,比如帕金森病,以研究疾病的发生和治疗,这种新的方法虽然价格更昂贵,但是在预测治疗方法的安全性和有效性方面,要远远好于传统的动物疾病模型。

美国斯坦福大学医学院在其官网上写道,到目前为止,还没有发现任何东西可以替代像人类那样具有肺和循环结构的活的、能呼吸的、具有整个器官系统的复杂功能。在这方面有新发现之前,动物必须继续发挥关键作用,帮助研究人员测试潜在的新药和药物治疗的有效性和安全性,并识别任何不良或危险的副作用,如不孕症、出生缺陷、肝损伤、毒性、或致癌的可能性。

在过去20年里,法国波尔多大学神经退行性疾病研究所所长Erwan Bezard一直在使用包括狒狒和猕猴在内的非人类灵长类动物研究帕金森病等疾病。Erwan Bezard 在接受Nature采访时谈到,由于在他的研究领域没有什么可以替代动物试验,因此,知道如何有效地利用动物资源至关重要。在他看来,在实验中使用更少的动物并不总是答案。

Erwan Bezard 在法国和中国均设有实验室。在前述报道中,他表示,他对使用动物的主要伦理问题的关注点是,当看到一个实验没有使用足够的动物来进行适当的统计分析时,意味着这些实验存在缺陷,使用更多的动物来得出一个合理的结论会好得多。这样就不必重复实验了。“所以,我们必须减少使用,但必须以科学的方法减少。”

 

参考文献:

[1]https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17460441.2021.1972255

[2]https://www.science.org/content/article/china-bets-big-brain-research-massive-cash-infusion-and-openness-monkey-studies

[3]https://med.stanford.edu/animalresearch/why-animal-research.html

[4]https://www.nature.com/nature-index/news-blog/pandemic-puts-spotlight-on-animal-experimentation-choices

[5]https://www.statista.com/statistics/639954/animals-used-in-research-experiments-worldwide/

[6]https://www.wsj.com/articles/how-animal-testing-harms-humans-fda-modernization-act-booker-paul-toxicity-mandate-researchers-discovery-drugs-11664994659

[7]https://www.drugdiscoverytrends.com/fda-modernization-act-to-end-animal-testing-requirement-passes-u-s-senate/

[8]https://cen.acs.org/biological-chemistry/toxicology/US-FDA-seeks-slash-animal/100/i27

[9]https://www.pfizer.com/science/clinical-trials/integrity-and-transparency/animals-used-in-research

[10]https://daxueconsulting.com/cosmetics-animal-testing-in-china/

[11]https://www.dw.com/zh/%E5%8A%A8%E7%89%A9%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E4%BA%89%E8%AE%AE%E5%AD%A6%E8%80%85%E4%B8%8A%E6%BC%94%E5%87%BA%E5%BE%B7%E5%9B%BD%E8%AE%B0-%E7%9B%AE%E6%A0%87%E4%B8%8A%E6%B5%B7/a-52111284

[12]https://www.chinanews.com.cn/cj/2022/06-10/9776290.shtml

[13]https://mp.weixin.qq.com/s/MS4nZw3b_Kqo_-ZbGHBLwg

 

 

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由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,现任主编为周忠和、毛淑德、夏志宏。知识分子致力于关注科学、人文、思想。我们将兼容并包,时刻为渴望知识、独立思考的人努力,共享人类知识、共析现代思想、共建智趣中国。

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