这些技术有望终结动物实验
器官芯片、数字孪生和人工智能的进展正在开启研究和药物开发的新时代。
作者：杰西卡·汉泽卢
2025年11月14日
本周早些时候，英国科学部长宣布了一项雄心勃勃的计划：逐步淘汰动物实验。
根据周二发布的一项战略，对动物进行的潜在皮肤刺激物测试将在明年年底前停止。到2027年，研究人员"预计将结束"对小鼠进行的肉毒杆菌强度测试。到2030年，对狗和非人灵长类动物的药物测试将减少。
这一消息紧随其他国家的类似举措。今年4月，美国食品药品监督管理局宣布了一项计划，将用"更有效、与人类更相关的模型"取代单克隆抗体疗法的动物测试。2024年6月研讨会后，欧盟委员会也开始着手制定"路线图"，逐步淘汰用于化学品安全评估的动物测试。
动物福利组织数十年来一直在为争取此类承诺而奔走。但由于缺乏替代方案，停止动物实验一直困难重重。医学科学和生物技术的进步正在改变这一现状。
动物已用于科学研究数千年。动物实验带来了许多关于动物大脑和身体如何运作的重要发现。而且由于监管机构要求药物首先在实验动物身上进行测试，动物实验在为人类和其他动物创造药物和设备方面发挥了重要作用。
如今，英国和美国等国家对动物研究进行监管，要求科学家持有多种许可证并遵守动物饲养和护理规则。然而，每年仍有数百万动物用于研究。许多科学家不愿参与动物实验，一些人质疑动物研究是否合理——特别是考虑到在动物身上看起来有希望的治疗方法中，约95%无法进入市场。
近几十年来，我们在提供新方法模拟人体并测试潜在疗法效果的技术方面取得了显著进展，这些方法无需在人类或其他动物身上进行实验。
以"器官芯片"为例。研究人员一直在微型塑料容器内创建人类器官的微型版本。这些系统旨在包含与成熟器官中相同的细胞混合物，并接收维持其存活的营养供应。
如今，多个团队已创建了肝脏、肠道、心脏、肾脏甚至大脑的模型，并已将其用于研究。心脏芯片已被送入太空，以观察其对低重力的反应。美国食品药品监督管理局使用肺芯片评估了新冠疫苗。肠道芯片正被用于研究辐射的影响。
一些研究人员甚至正在努力连接多个芯片，以创建"芯片上的身体"——尽管这一想法已有十多年历史，但至今无人完全实现。
同样，其他研究人员一直在实验室中创建器官甚至胚胎的模型版本。通过将细胞群培养成微小的3D结构，科学家可以研究器官如何发育和工作，甚至可以在其上测试药物。它们甚至可以个性化——如果你从某人身上获取细胞，你应该能够模拟该人特定的器官。一些研究人员甚至能够创建发育中胎儿的类器官。
英国政府战略也提到了人工智能的前景。许多科学家迅速采用人工智能作为工具，帮助他们理解庞大的数据库，例如发现基因、蛋白质和疾病之间的联系。其他人则利用人工智能设计全新的药物。
这些新药物可能在虚拟人类身上进行测试。不是血肉之躯的人类，而是存在于计算机中的数字重构体。生物医学工程师已经创建了器官的数字孪生体。在进行中的试验中，数字心脏正被用于指导外科医生如何以及在哪里对真实心脏进行手术。
当我与这项试验背后的生物医学工程教授娜塔莉亚·特拉亚诺娃交谈时，她告诉我，她的模型可以推荐在治疗心房颤动时需要烧灼的心脏组织区域。她的工具通常会建议两到三个区域，但有时会建议更多区域。"他们只需要相信我们，"她告诉我。
到2030年完全淘汰动物实验的可能性不大。英国政府承认，包括美国食品药品监督管理局、欧洲药品管理局和世界卫生组织在内的许多监管机构仍要求进行动物测试。尽管动物实验的替代方案已取得长足进步，但没有一种能完美捕捉活体对治疗的反应。
至少目前还没有。考虑到近年来取得的所有进展，想象一个没有动物实验的未来并非难事。
本文首次发表于麻省理工科技评论的每周生物技术通讯《The Checkup》。
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