动物实验对于评估新治疗方法的有效性和安全性至关重要。出于经济、监管和伦理等多方面原因，每个人都希望尽可能避免这一步骤。但有哪些替代方案？它们真能减少药物开发中对动物的使用吗？
在药物开发者将治疗方法用于人体测试之前，他们需要证明该方法很可能既安全又有效。历史上，这通常通过在活体动物（体内试验）上测试药物来完成，而近年来则更多采用培养皿中的人体细胞或组织（体外试验）进行。
总体而言，体外试验比体内试验更便宜、更快捷，但使用动物（最常见的是小鼠）进行测试被认为能更好地反映治疗方法在活体生物体内的行为。尽管动物模型的预测价值因疾病和治疗方法而异，但公司必须始终证明其治疗方法在动物模型中安全有效，才能克服监管障碍。
然而，随着生物技术和人工智能（AI）的进步，我们现在能够更好地模拟人类器官和生理机能；如果这些技术被证明比动物实验更能准确预测药物对人体的影响，它们最终可能取代目前药物开发中所需的某些动物实验。
虽然目前尚不确定动物疾病模型是否能被完全替代，但新型方法论正在改变药物开发的面貌，减少我们对动物模型的依赖。这不仅解决了伦理困境，还可能使新疾病治疗方法更快、更便宜、更有效地进入临床并最终惠及患者。
美国和欧盟近期推动淘汰动物实验的举措
在唐纳德·特朗普总统的第一个任期内，美国环境保护署（EPA）宣布了一项计划，到2025年将动物实验减少30%，并在2035年完全终止。乔·拜登总统随后继续推动这一目标，于2023年签署了一项新法律，取消了药物在进入人体试验前必须经过动物测试的要求。今年早些时候特朗普重新上台后，其政府再次大力推动在美国终止动物实验。
2025年4月，美国食品药品监督管理局（FDA）宣布计划逐步取消单克隆抗体和其他药物的动物测试要求，转而推广使用实验室培养的人体组织、器官芯片系统和基于AI的模型等新型方法论。这一转变从研究性新药（IND）申请开始立即实施，旨在提高药物安全性、加速评估过程，同时减少动物实验、降低研发成本，并最终降低药品价格。
与此同时，今年7月，美国国立卫生研究院基金会（FNIH）——一个国会授权的支持NIH使命的非营利组织——表示正在管理一项新计划，以推进模拟人类生物学的创新实验室技术，实现更快、更经济的测试。该倡议名为验证与确认网络（VQN），汇集了来自不同组织的40多家合作伙伴，包括FDA和欧盟委员会等监管机构，以及赛诺菲、诺和诺德和葛兰素史克等大型制药公司。本质上，VQN正在开发单独项目，以帮助简化最终使用这些新技术进行测试的疗法和化合物的监管审批，包括建立通用数据元素和标准化结果报告等活动。
国际零残忍组织（Cruelty Free International）科学与监管事务副主任劳拉·阿尔瓦雷斯博士告诉Labiotech，美国这些由机构主导的举措是令人鼓舞且有意义的进步。"它们表明人们越来越认识到，现代非动物方法可以在确保新药安全性和有效性方面发挥更核心的作用。它们为变革提供了有用的框架，我们很高兴看到这些机构解决了国际零残忍组织长期以来提出的许多关切，包括为替代动物测试设定固定期限、改进动物使用追踪、增加对非动物方法的资金投入和实质性激励，以及承认动物模型的科学局限性。"
"如果这些计划成功实现未来几年将动物测试变为例外而非常态的目标，它们可以帮助建立对非动物方法的更广泛信心，并支持联邦机构之间的更大协调。"
阿尔瓦雷斯所在的国际零残忍组织也是动物保护非政府组织联盟的一部分，该联盟正在为欧盟委员会提供咨询，指导其创建一份关于在化学品安全评估中逐步淘汰动物实验的有效路线图，该路线图预计将于2026年第一季度发布。
"这份路线图是对我们2021年欧洲公民倡议'拯救零残忍化妆品——承诺建设一个没有动物测试的欧洲'的直接回应，我们非常欢迎，"阿尔瓦雷斯说。"该公民倡议获得了120多万欧洲公民的签名，向欧洲议会发出了最强烈的信息，表明人们希望欧洲结束动物测试。这一信息得到了欧洲议会议员的支持，他们在欧盟委员会作出承诺之前就 overwhelmingly 支持创建该路线图。"
然而，她补充说，人们担心欧盟委员会的提案可能缺乏推动具体变革的动力，并且无法解决化妆品产品法规（CPR）——其中包含对化妆品动物测试的禁令——与欧洲主要化学品立法REACH（化学品注册、评估、授权和限制）之间未解决的不一致问题。阿尔瓦雷斯解释说，在这种情况下，CPR本应在化妆品监管中占主导地位，但欧洲化学品管理局（ECHA）却要求对仅用于化妆品的成分根据REACH进行动物测试。
阿尔瓦雷斯确认，REACH修订版将于年底前发布，而CPR目前正在考虑修订。"通过在这些修订中解决不一致问题并采取明确行动支持逐步淘汰动物测试，欧盟委员会将展示出对落实路线图精神的具体承诺。"
替代动物实验：最佳新型方法论概览
如今，有几种新型方法论可作为动物实验的替代方案。"现代方法借鉴了广泛的技术，从先进的细胞和组织模型到计算机模拟和其他旨在反映人类生物学的创新工具，"阿尔瓦雷斯解释道。"这些方法能够产生比过时的基于动物的系统更准确、更及时、更具成本效益的数据，为更安全、更有效的药物铺平道路。"
以下是目前一些最有前景的方法。
组织生物打印
3D打印技术通过其从数字文件生产复杂机器部件的潜力彻底改变了科技世界。现在，同样的技术开始使用携带细胞的生物墨水来制造活体组织。
组织生物打印可用于复制人类组织的3D结构，这比仅使用人体细胞培养能提供更多关于药物效果的信息。该领域的一个特别兴趣点是化妆品；欧莱雅、香奈儿和Jala Group等公司正与Poietis、Organovo和CELLINK等生物打印技术公司合作，为化妆品测试和研究生物打印复杂的皮肤和毛囊等人体组织。这些合作旨在通过使用生物打印组织模型作为传统动物测试的更复杂、更合乎伦理的替代方案来推进产品开发。
组织生物打印也可能成为癌症药物发现和开发的游戏规则改变者，3D生物打印模型为个性化治疗提供了潜力，提高了疾病预测准确性，并增加了药物筛选的成功率。生物墨水也可以使用从患者或商业细胞库获得的癌细胞生产。研究表明，由于其经济性、灵活性和高可重复性，该方法被视为理想技术。
类器官
虽然细胞培养是经过验证的药物筛选方法，但人体细胞在培养皿中的行为并不一定反映它们在体内的行为。一个替代方案可能是微型器官，称为类器官。这些3D类器官使用干细胞培养，通过适当的营养和处理组合，可以成为所需的器官。
与生物打印类似，类器官研究仍处于早期阶段，但有几家公司正在开发这项技术。例如，HUB Organoids提供了一种使用患者来源类器官进行药物发现和疾病建模的方法。这些"培养皿中的微型器官"模拟了人体组织生物学，能够提供预测性治疗见解并降低药物淘汰率。
也有活跃的学术界在开发类器官。今年早些时候，斯坦福医学院研究人员开发了一种方法，创造出首批能生成自身血管的心脏和肝脏类器官，这可能为基于类器官的再生疗法铺平道路。与此同时，约翰霍普金斯大学科学家最近也培育出了一种新型全脑类器官，包含神经组织和初级血管，这一进展可能开启神经精神疾病研究的新时代。
然而，类器官的一个缺点是它们在商业规模上仍难以可靠制造。另一个问题是目前很难在类器官内包含多样化的细胞类型，而这些细胞类型在真实器官中是存在的。虽然正在努力克服这一点，但仍有很长的路要走。
器官芯片替代动物测试
器官芯片技术涉及在模拟人类器官结构和行为的微型芯片内培养细胞。由于芯片尺寸小，研究人员可以比在动物身上更快、更便宜地测试药物。
"研究人员正在努力实现的最终目标是'人体芯片'；这个微型设备将能够复制我们的心脏、肺、肾脏、肝脏、大脑和循环系统，并可用于预测药物对身体的影响，"阿尔瓦雷斯解释道。
通过在受控的微流体环境中使用人体细胞，这些"组织芯片"使科学家能够比传统细胞培养或动物模型更准确地研究疾病、测试新药物并理解器官特异性功能。这种方法有望加速药物开发、减少对动物测试的需求并推动个性化医学发展。
器官芯片技术正以快速的速度发展。根据Towards Healthcare最近发布的一项研究，该技术在2024年的市值为1.5948亿美元，预计到2034年将达到约32.4234亿美元。
通过计算机模拟和AI技术最小化动物测试
计算机模拟（in silico modeling）使用计算机算法和模型来模拟生物系统并预测新药物和化学物质在人体内的行为，通过实现虚拟实验和分析海量数据集，为动物测试提供了强大的替代方案。这些计算方法有助于识别潜在毒性物质和有效治疗方法，从而实现更高效的药物开发和改进的安全性评估。
计算机模拟模型通过整合来自各种来源的大型数据集来工作，包括先前的动物研究、体外实验和人类临床数据。复杂的算法和数学模型用于模拟人类生物学和疾病进展，这些模拟随后可以预测化学物质或药物如何与体内的细胞和组织相互作用，使科学家能够在不直接进行动物测试的情况下评估潜在影响。
事实上，在新冠疫情期间，研究人员使用计算机模拟模型研究了各种疫苗如何对抗病毒，结果与人体试验结果惊人地一致。
随着AI的最新进展，计算机模拟模型现在变得越来越准确和具有预测性。AI为复杂的计算机模拟工具提供了所需的高级算法，使研究人员能够分析海量数据集、生成合成数据创建虚拟队列、优化模型并在开发过程中做出更明智的决策。
除了上述方法外，还有几种令人兴奋的替代方案正在探索中：阿尔瓦雷斯告诉Labiotech，虚拟现实头盔被用于培训外科医生，并探索身体对药物的潜在反应；从手术后捐赠的组织构建的重建人体皮肤模型，以及由人体细胞制成的人眼角膜模型，也被用于准确评估化学物质对皮肤或眼睛的影响。
与动物测试替代相关的新技术：
- NOVASkin®：3D人体皮肤模型——里斯本新大学
- 更好地代表人类大脑结构的脑类器官模型——萨斯喀彻温大学
- 淋巴组织系统利用离体免疫反应进行快速抗体生产和免疫反应预测——佐治亚理工学院
我们真能彻底消除生物技术中对动物测试的需求吗？
许多动物测试已有美国机构认可的替代方法可供使用：美国国立卫生研究院网站列出了许多替代测试方法，这些方法要么替代要么减少了动物使用。此外，欧盟动物测试替代方法参考实验室（EURL ECVAM）还运行着替代方法监管认可跟踪系统（TSAR），跟踪各种方法在不同部门被认可为测试方法的阶段。
淘汰动物测试不仅在伦理考虑方面很重要；许多研究表明，动物模型还资源密集、成本高昂、耗时长，且对人类的预测能力有限，过度依赖动物模型导致许多临床试验失败和不安全药物到达患者手中。一个很好的例子是神经退行性疾病研究，如阿尔茨海默病，许多药物在动物测试中显示前景后却在临床试验中失败。
"这一现象（为什么药物在有希望的临床前结果后仍会失败）的一个原因是动物不会自然发展出许多影响人类的疾病，因此研究人员通常必须人为诱导症状，而这很少能复制人类状况，"阿尔瓦雷斯解释道。"即使是被认为与人类'接近'的物种（如猴子）的测试也显示出微不足道的预测价值。我们自己的研究发现，在狗身上进行的测试仅将新药在人体中无有害副作用的可能性提高了2%，在猴子身上仅提高了0.4%。这不是科学严谨性；是传统阻碍了科学。这些统计数据清楚地表明，动物是研究人类的不良模型。"
那么，为什么我们在生物技术和制药领域开始逐步淘汰动物测试的道路花了这么长时间？
"尽管非动物方法已经可用，但出于多种原因动物测试仍在使用，在我们看来，替代动物测试的最大障碍并非科学性的——而是结构性的、监管性的，并根植于过时的思维方式，"阿尔瓦雷斯说。
她解释说，一个关键障碍是监管执行不力和指导不明确。例如，在英国和欧盟，如果存在非动物方法，则进行动物测试是非法的，但由于监督不足和对如何使用非动物方法满足立法数据要求的不确定性，此类测试仍可能发生。同时，另一个主要障碍是缺乏全球协调，如果在其他国家仍需要动物测试，公司可能不愿采用非动物方法，这使得在国际市场上完全停止使用它们变得更加困难。
还有一个重大障碍是，即使基础科学已经确立，非动物方法也往往必须针对不同产品和监管部门分别验证。"这种碎片化阻碍了进步并抑制了创新——尤其是当你考虑到许多传统动物测试从未经过正式验证时。这是一种令人沮丧的双重标准，继续阻碍科学发展，"阿尔瓦雷斯强调。
事实是，许多人仍然认为动物模型对科学发展至关重要。这意味着，尽管新型方法论可能在未来几年减少动物测试，但在可预见的未来，动物仍可能用于在人体测试前验证结果，直到替代方法开始成为生物医学测试的基石——这自然需要时间。
尽管如此，阿尔瓦雷斯仍持乐观态度。"逐步淘汰动物测试远非阻碍行业，反而可以成为创新的催化剂，既推动产品制造，也促进非动物测试方法的开发，然后这些方法可以与其他行业共享。制药行业充满创新，只要具备透明度、领导力和战略协作的正确组合，它就能引领这一转型。但如果我们要看到有意义的变革，这种领导力必须是积极和显而易见的。"
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