六月底,人们对新一轮避免使用动物的毒性试验产生了希望。经济合作与发展组织(OECD)批准了一种检查皮肤致敏的非动物方法

“我相信,皮肤致敏性的测试策略是未来无需动物试验就能获得毒理学信息的新方法的先锋,”巴斯夫的罗伯特·兰德塞德尔(Robert Landsiedel)说,他与奇华顿合作开发了这项测试。

2018年,在欧盟和挪威用于研究的1050万只动物中,有近4万只动物被用于皮肤致敏试验。现在,这些测试中的许多都可以被新的测试所取代。这是由于对生物学过程的深刻理解,然后通过一系列体外实验复制这些过程才有可能实现的。

“皮肤致敏是一个复杂的过程,涉及不同的细胞类型、组织和过程。当我们15年前开始研究时,这个复杂的过程还没有通过非动物的方法来解决,”Landsiedel说。

2014年,经合组织发布了不良结局途径皮肤致敏,它定义了从接触化学物质到免疫反应的一系列事件。巴斯夫与其他组织合作,证明了使用多肽、免疫细胞和皮肤细胞的三种测试的组合可以识别这些事件的风险,最终获得了经合组织的批准。

此后,经合组织又公布了十几种不良后果途径,目前还有数百种正在开发中。“(皮肤致敏试验)是不良结果途径的首批成功案例之一,”他说菲奥娜西维尔他是英国国家动物替代、改良和减少研究中心(NC3Rs)的毒理学主任。“我认为,更好地理解通过不良结果途径产生的机制,可以在其他领域取得成功。”

Landsiedel说,巴斯夫已经在研究几种新的替代方法来取代动物试验,包括生殖毒性、呼吸毒性和生物动力学。

跟上时代

2010年的一项欧盟指令呼吁在研究中放弃使用动物。尽管欧盟和美国在研究中使用的动物数量有所减少,但尚不清楚这种情况将如何或是否会完全结束。在一个先进技术和供应链中断可以迅速改变格局的世界里,监管和长期以来的做法将需要适应。

毒性测试受到严格监管,以减少新物质在临床试验和水道农药等环境中造成伤害的风险。休厄尔说:“很多监管测试都是基于几十年前制定的测试和指南。”他说,这在当时可能是合理的科学想法,但实际上我们已经从那开始前进了。

图为用于3D细胞培养的96孔板

来源:©NC3Rs

传染性疾病的硅质模型最初可以帮助寻找新的药物,而不需要在动物身上进行研究

她给出的一个更新指南的成功例子是动物急性毒性测试。NC3Rs收集的证据表明,这些测试没有提供额外的价值。这些信息可以从其他现有的研究中收集,因此它被从监管指南中删除了。

虽然新技术通常不能直接取代现有的动物试验,但它们仍然有助于减少所需的动物数量。计算方法可以帮助预测毒理效应。定量构效关系分析是根据化学物质的物理化学和结构性质来预测其生物学或毒理学性质。此外,化学家可以从已有大量毒理学数据的类似化学物质中“阅读”或推断毒性。

休厄尔说:“我们越来越善于淘汰那些不太可能成功的产品或药物,并尽早发现这些安全隐患。”虽然这些测试已经在公司内部用于筛选,但她说,“在监管环境中使用这些测试还需要一个飞跃”。

欧盟Reach立法对欧盟内部使用的大量化学品进行了新的安全测试——没有这些数据,化学品将不再被允许销售。虽然动物试验只能作为最后的手段,但许多检查都没有非动物试验。休厄尔说:“有大量的化学物质需要通过Reach进行测试,所以这意味着必须使用大量的动物。”然而,根据一个2020年的报告根据欧洲化学品管理局的数据,自2016年以来,在皮肤腐蚀和眼睛损伤等领域,读取等非动物方法的使用增加了两倍。

基因时代

然而,在欧盟,只有大约五分之一的实验动物被用于监管测试。相反,大多数计算机被用于基础研究,这使得它们很难被取代。驻悉尼的兽医顾问、澳大利亚和新西兰实验动物协会(Australian and New Zealand Laboratory Animal Association)前主席马尔科姆·弗朗斯(Malcolm France)说,在药物开发和毒理学方面,动物的替代在技术上通常更简单,因为这些测试受到严格的监管和明确的定义。“当你在探索更大的问题,寻求关于身体如何运作和疾病过程如何运作的新知识时,试图取代动物是完全不同的事情。”

显示微流体装置的图像

来源:©NC3Rs

微流控装置可用于培养细胞,并以异常精确的方式控制其化学环境

然而,近年来,欧盟、美国和英国使用的动物数量有所下降。这可能是监管收紧和技术进步共同作用的结果。过去二十年来,动物研究的最大变化是基因改造的兴起。这些主要用于小鼠的方法为科学家提供了更紧密地复制人类疾病和生物途径的能力。

结果是用于研究的动物总数显著增加。早期的技术需要很多代的老鼠,每次产生一窝大的老鼠,来插入所需的基因变化。

在英国,它保持着详细记录在转基因动物的数量上,育种约占全部动物程序的一半。直到2013年,这种繁殖的增加推动了英国动物手术的增长。然而,由于基因编辑技术的进步,尽管使用转基因动物的研究保持稳定,但育种数量却有所下降。

供给与需求

2020年,英国使用动物的手术数量急剧下降,无疑是由于Covid-19大流行对研究造成的干扰。随着更多统计数据的公布,这种情况可能会在世界各地复制。尽管这可能是一次性的,但可能会产生长期影响。

中国是世界上最大的非人类灵长类动物(NHPs)出口国之一,尤其是食蟹猴,但随着2019冠状病毒病的蔓延,中国于2020年春季禁止出口。在开始临床试验之前,这些猴子经常被用于候选药物的监管测试。

大多数药物必须在两种哺乳动物身上试验,一种啮齿动物和一种非啮齿动物,通常是猴子。然而,这个系统中已经内置了一些灵活性。生物制品,如单克隆抗体,应该只在“药理学相关物种”中进行测试,因为毒性通常是由夸大的药理学或免疫原性驱动的。这通常意味着生物制剂只在单个猴子物种上进行测试,因为它们的免疫反应与人类类似。

休厄尔说:“我们可能不得不考虑如何减少对非人类灵长类动物的使用,因为可能没有供应。”“从我的角度来看,这是一个机会,可以更仔细地思考NHPs的使用,看看我们可以在哪里使用替代品,比如转基因小鼠。”

传染病的硅片模型

来源:©NC3Rs

用于3D细胞培养的96孔板。这种培养技术允许细胞在各个维度上生长,为环境化学品和药物创造了一个更现实的测试平台

出口禁令可能会加剧科学家面临的现有供应问题。一个2018年的报告美国国立卫生研究院的一项研究发现,一半的研究人员在获得NHPs或相关服务方面存在问题,这推迟或损害了他们的研究。特别是,推动艾滋病研究的资金奖励导致2016年对恒河猴的需求激增,造成了此后持续多年的短缺。美国国家卫生研究院引进了专家小组根据公共卫生影响的紧迫性和时间表,优先考虑其设施对国家卫生计划的请求。

管理猴子的供应是一个巨大的挑战,因为它们需要几年的时间来发育,更长的时间来繁殖。扩大繁殖计划的努力将意味着雌性猴子需要留在设施中,这将在短期内增加供应压力。

然而,即使是老鼠,供应也不能保证。在澳大利亚,用于生物医学研究的小鼠和大鼠的最大供应商最近宣布关闭。位于珀斯的动物资源中心今年7月给客户发了一封电子邮件,称该中心在财务上不可行,将在未来12-18个月内逐步停止运营。

弗朗斯说:“作为迄今为止最大的供应商,它已经引起了澳大利亚许多大学和医学研究机构的深切关注。”他补充说,该行业“一直在争先恐后地试图采取一种协调一致的全国性应对措施”。

法国认为这是一个改善澳大利亚动物研究的机会,而不是复制这个30多年前建立的中心。该中心将大部分动物供应给该国另一边的研究所,那里需要4个小时的飞行时间。他说,在东部建立一个新中心“不仅可以简化物流,还可以消除动物长途空运时产生的重大动物福利问题”。

他补充说,冷冻保存技术的进步可以改善供需平衡,从而减少饲养的未使用动物的数量。“对于不经常使用的小鼠或大鼠品系,我们不会将它们作为活菌落保存,而是将胚胎冷冻起来,然后让它们复活。”

获得信任

在伦理、成本和可靠性问题之间,有很多激励因素促使研究人员减少对动物试验的依赖。随着对替代测试有效性的信任,可能用不了多久就会有更多的人追随皮肤致敏测试。

休厄尔说,科学界要相信新方法,就需要知道它们与动物模型的比较情况。她补充说:“但我们不想落入试图得到与动物相同结果的陷阱,因为这些模型并不总是能很好地描绘人类的活动。”

然而,目前的监管体系是围绕动物的使用而设计的,Landsiedel说。他说:“我们应该考虑建立一个风险评估和化学品监管的系统,该系统能容纳从非动物方法和现有毒理学数据中获得的数据。”“如果我们做得对,它还将提供更准确的数据,以及与人类风险评估更相关的数据。”