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這是《腸道產(chǎn)業(yè)》第 1029 篇文章 動物實驗對于衡量新療法的有效性和安全性至關(guān)重要,。然而，出于經(jīng)濟,、監(jiān)管和道德等方面的原因,，人們希望能夠盡可能地避免動物實驗這一環(huán)節(jié)。那么,，哪些方法有望取代動物實驗,？這些替代方法真的可以減少動物在藥物開發(fā)過程中做出的“犧牲”嗎？
今天,，我們共同關(guān)注具備替代動物實驗潛力的三大技術(shù),。希望本文能夠為相關(guān)的產(chǎn)業(yè)人士和諸位讀者帶來一些啟發(fā)和幫助。 在對新藥進(jìn)行人體試驗（即臨床研究）之前,，藥物開發(fā)人員需要通過臨床前研究證明其安全性和有效性,。長久以來，臨床前研究都采用活體動物來進(jìn)行藥物的體內(nèi)測試,。近些年也會使用人體細(xì)胞或組織進(jìn)行體外測試,。一般而言，體外測試比體內(nèi)測試更便宜,、更快捷,，但在動物（以小鼠最為常見）中進(jìn)行測試可以更好地了解藥物在生物體內(nèi)的表現(xiàn)。雖然動物模型的預(yù)測價值會因具體疾病和藥物而異,，但研發(fā)公司必須要證明藥物在動物模型中是安全有效的,，因為只有這樣才能達(dá)到監(jiān)管部門的要求。隨著生物技術(shù)的進(jìn)步,，現(xiàn)在我們能夠更好地模擬人體器官及其生理學(xué)特征,。如果這些技術(shù)被證明能夠比動物實驗更好地預(yù)測藥物對人體的影響，那么最終它們可能會取代動物實驗,。不過,，動物疾病模型可能依然無法被完全取代。無論如何,，這些技術(shù)正在改變藥物開發(fā)的面貌,，減少我們對動物模型的依賴，從而使新的疾病治療方案應(yīng)用于臨床,，并最終給患者提供更實惠,、更快捷的治療方案,。這些有望代替動物實驗的技術(shù)包括組織生物打印,、類器官和器官芯片。3D 打印已經(jīng)徹底改變了科技界，該技術(shù)可利用數(shù)字化文件設(shè)計并生產(chǎn)復(fù)雜的機械零件,。利用同樣的思路,，人們開始采用包含細(xì)胞的“生物墨水”來構(gòu)造活組織。人們將這種技術(shù)稱為“組織生物打印”,。組織生物打印可以制造出具有 3D 結(jié)構(gòu)的人體組織,，與人體細(xì)胞培養(yǎng)物相比，它能夠提供更多有關(guān)藥物效果的信息,。例如,，法國生物打印公司 Poietis 正在與制藥公司 Servier 合作開發(fā)一種生物打印的肝臟模型，以測試藥物是否可能具有肝毒性,。 “世界范圍內(nèi),，很少有公司在藥物開發(fā)過程中使用生物打印組織，”Poietis 公司的銷售經(jīng)理 Kevin Fournier 說道,，“但現(xiàn)在,，每年有越來越多的公司選擇應(yīng)用生物打印技術(shù)。一些專家認(rèn)為,，這項技術(shù)在未來幾年會有巨大的爆發(fā)力,。”生物打印技術(shù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域是化妝品研發(fā),。自 2013 年歐盟禁止在化妝品研究中進(jìn)行動物實驗以來,，法國化妝品行業(yè)巨頭歐萊雅一直在與美國生物技術(shù)公司 Organovo 合作，通過使用生物打印生產(chǎn)的人體皮膚對化妝品進(jìn)行測試,。除了傳統(tǒng)的藥物開發(fā)以外,，組織生物打印還可以推動個性化醫(yī)療。以瑞典公司 Cellink 和法國生物技術(shù)公司 CTIBiotech 之間的合作項目為例,，他們對癌癥患者的腫瘤組織進(jìn)行生物打印,，以測試哪種藥物具有最好的療效。然而,，組織生物打印仍處于非常早期的階段,。“目前,，還沒有比較動物模型與生物打印模型的研究,，”Fournier 談道，“我們認(rèn)為,，在接下來的 10 年里,，生物打印技術(shù)將提供更接近原生人體組織的替代品，而且比動物模型更符合道德規(guī)范,、更可靠,、更實惠,。藥物測試模型的改變會給人們帶來更多的收獲?！?/span>雖然基于細(xì)胞培養(yǎng)的藥物篩選方法是久經(jīng)考驗的,，但藥物在人體細(xì)胞培養(yǎng)皿中的表現(xiàn)并不能代表它們在生物體內(nèi)的真實表現(xiàn)。類器官是一種具有替代潛力的模型,。這些具有 3D 結(jié)構(gòu)的類器官由干細(xì)胞在適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)補給和處理條件下培養(yǎng)所得,。與生物打印一樣，類器官研究仍處于早期階段,，但有幾家公司正在著手應(yīng)用這項技術(shù),。例如，瑞士的 Sun Bioscience 公司正在使用類器官建立腸道模型,，以研究囊性纖維化如何影響腸道,。荷蘭的 OcellO 公司則使用類器官來模擬不同類型的癌癥。“結(jié)直腸癌是類器官技術(shù)應(yīng)用最先進(jìn)的科學(xué)領(lǐng)域,，”O(jiān)cellO 公司首席執(zhí)行官 Leo Price 說道,，“而在免疫腫瘤學(xué)、免疫學(xué),、神經(jīng)退行性疾病,、糖尿病、肥胖癥和纖維化等領(lǐng)域,，類器官技術(shù)仍需進(jìn)一步發(fā)展,。開發(fā)各個領(lǐng)域中特定組織結(jié)構(gòu)的類器官是至關(guān)重要的，因為在培養(yǎng)皿上進(jìn)行的細(xì)胞培養(yǎng)無法解決許多問題,?！?/span>此外，還有許多學(xué)術(shù)團(tuán)體正在開發(fā)類器官,，至少有兩個小組在對胎盤進(jìn)行建模,，他們還致力于開發(fā)用于模擬神經(jīng)系統(tǒng)疾病的大腦類器官。與生物打印一樣,，類器官可以在藥物開發(fā)早期階段的體外測試環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用,，甚至在個性化醫(yī)療中也有很大用途。根據(jù) Price 的說法,，臨床前研究的第一階段可以在類器官中進(jìn)行,，這就意味著只需要在動物身上進(jìn)行最終驗證。不過,，類器官具有一些局限性,。第一，其難以實現(xiàn)可靠的商業(yè)化量產(chǎn),。另一個缺點是,，目前很難在類器官中囊括多種類型的細(xì)胞,，而這正是真實器官所具有的特征之一?？茖W(xué)家們正致力于克服這個問題，但還有很長的路要走,。器官芯片是一項在微型芯片中實現(xiàn)細(xì)胞生長的技術(shù),，這種微型芯片能夠模擬人體器官結(jié)構(gòu)和行為。因此,，研究人員也可以利用該技術(shù)來測試藥物,。并且，由于芯片的尺寸很小,，所以相比于動物實驗,，使用這種方法進(jìn)行藥物測試的速度會更快且成本更低。荷蘭器官芯片公司 Mimetas 的首席執(zhí)行官 Jos Joore 介紹道：“器官芯片領(lǐng)域大約只有六七年的歷史,，但其承載著巨大的希望,。實際上，目前還正在利用該技術(shù)開發(fā)疾病預(yù)測模型,?！?/span>器官芯片可用來模擬各種器官，包括肝臟,、腎臟,、腸道、心臟,，甚至大腦,。這些芯片可以相互連接，從而模擬藥物隨血液流動時對各個器官的影響,。這就是英國公司 CN Bio 正在做的一個系統(tǒng),，該系統(tǒng)在一個芯片上集成了 10 個器官。然而,，Joore 認(rèn)為該系統(tǒng)不能完全取代動物實驗,，他說道：“連接這些組織，會成倍地增加系統(tǒng)復(fù)雜性,，我不會考慮連接十個組織,，因為這也許會制造出一個弗蘭肯斯坦怪物（小說《科學(xué)怪人》中的虛構(gòu)角色），人們無法控制它,?！笔聦嵣希谛酒霞商嗥鞴倏赡軙适г摷夹g(shù)的主要優(yōu)勢,，即輕松快速地建立簡單的人體組織疾病模型,。生物打印,、類器官和器官芯片尚處于早期階段，這些技術(shù)有望更好地預(yù)測藥物對人類的影響,。它們雖然極大地改進(jìn)了傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),，但在預(yù)測藥物表現(xiàn)方面的作用仍是有限的。這意味著,，盡管這些技術(shù)可能會減少動物實驗,，但在人體試驗之前，仍可能會需要使用動物來驗證結(jié)果,。當(dāng)然,，動物實驗也存在一個巨大問題，那就是動物并不能完美地代表人類患者,，尤其是阿爾茨海默癥等神經(jīng)退行性疾病患者,。許多藥物在動物實驗中效果很好，但在臨床試驗卻失敗了,。“總的來說,，動物模型的預(yù)測能力不是很強，”Joore 說道,，“如果動物模型有良好的預(yù)測能力,，那么在進(jìn)行臨床試驗時，就不應(yīng)該出現(xiàn)藥效縮減 90% 的情況,?！?/span>Understanding Animal Research 組織的公共事務(wù)主管 Chris Magee 表示：“實際上，動物模型在評估藥物安全性方面的效果是相當(dāng)不錯的,，但對藥物療效的預(yù)測往往較差,。而過去，我們夸大了動物模型的重要性,，或者沒有合理設(shè)計實驗,。”不過,，這個問題近年來已經(jīng)有所改善,。“科學(xué)家們知道老鼠不是人類,， ”Magee 評論道,，“近年來，過度宣揚動物模型的趨勢也有所消退,?！?/span>生物技術(shù)能否減少醫(yī)學(xué)中的動物實驗？在不遠(yuǎn)的將來,，動物模型似乎會繼續(xù)存在,。但是,，隨著新技術(shù)的興起和更好的實驗設(shè)計，動物模型的使用應(yīng)該會越來越少,。隨著動物實驗的減少,，藥物開發(fā)會變得更合乎道德、更迅速,、更便宜,。到那時，每個人都是贏家,。https://www./in-depth/animal-testing-bioprinting-organoids/
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