替代动物的实验伦理规范研究进展.docx

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1、替代动物的实验伦理规范研究进展魏欣，徐维平(1.中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所，合肥230031；2.中国科学技术大学研究生院科学岛分院，合肥230026；3.中国科学技术大学附属第一医院，合肥230001)加强科学研究过程中实验设计的科学性以及对动物给予人道主义关怀和福利，加快替代动物实验的广泛实施，实现对替代动物伦理委员会替代方案评估的指导，规范替代动物伦理委员会的审查工作，切实保护实验动物的权益是推进动物实验改革的重要内容。严格遵守动物伦理学3R原则，即实验动物的替代(replacement)、减少(reduction)和优化(refinement),向社会倡导科学、人道地开

2、展动物实验是科学研究始终坚守的宗旨。替代是使用低等动物代替高等动物，或不使用动物而采用其他方法达到与动物实验相同的目的1;减少是使用较少量的动物获取同样多的实验数据或使用一定数量的动物获得更多的实验数据2；优化是对必须使用的实验动物，应尽量减低非人道方法的使用频率或危害程度3。随着时代的进步，Russell和Burch在3R原则的基础上提出了4Rs原则，强调在实验过程中要不断增强伦理观念，对实验动物要有责任感(responsibility)4o随着实验动物质量要求和控制级别越来越高以保证实验结果的均一性和重复性，以及受到动物福利和动物保护主义思想的影响，人们更加倾向于把握实验动物福利原则、遵循

3、实验动物福利法规、严格履行动物实验伦理审查制度。但针对高校师生、医务工作者和实验动物从业人员关于动物福利伦理认知情况的调查结果显示，对动物福利伦理管理法规和动物福利概念，大多数人没有清晰的认识和了解，这种现象说明我国关于动物福利教育的普及亟待进一步加强5。3R原则在近代动物实验研究发展中是始终贯穿的核心思想，它试图通过其他实验手段代替动物实验或用离体培养的细胞、组织、器官等半替代动物实验减少动物的使用，这在单克隆抗体的生产、病毒疫苗的制备、效力和安全性实验、细胞膜研究等项目中已广泛应用。通过使用低等生物如用果蝇代替小鼠研究致畸致突变6；用海洋无脊椎动物代替蟾蛛和犬研究神经生理学7-8；用微生物

4、代替动物进行艾母式试验(amestest)9；用物理方法代替动物研究心肺复苏等病理过程；用免疫化学方法代替动物来搜寻抗原或鉴定毒素的存在。此外，计算机模拟在替代动物实验的应用中已初见曙光，计算机毒理学在新药毒性研究应用中具有前景。国外实验室还通过使用光纤、导管、激光等远程控制，尽量减少对动物的刺激，避免应激反应提高实验的准确性10。替代动物方法和模型取得了长足进展。然而，关于替代动物实验的伦理规范目前国家尚无明确法规出台，现就替代动物实验伦理相关进展进行综述。1替代动物实验研究伦理规范化的必要性1.1 实验动物使用持续增长针对实验动物使用数量的调查结果显示，我国2022-2022年间的新药研发

5、使用的实验动物数量呈平稳增长趋势11。2022年至2022年期间，土耳其共有约210万只动物被用于实验和其他科学研究目的12o土耳其管理动物使用的法律结构与欧盟的法律结构是一致的。1995年至2022年间，欧盟国家用于科学研究目的的动物总数量（每年约1100万只）保持相对稳定，德国和英国的净数量在增加，比利时、丹麦、意大利、芬兰、荷兰和瑞典的净数量在减少。在实验动物用途分类上，用于安全性评估的实验动物数量相对较低（其中毒理学为8%）,这可能是由于在这一领域对替代方法进行了特别密集的研究导致实验动物使用减少13。在总量上，有研究对2022年全球使用的实验动物数量进行了估计，2022年用于科学目的

6、的动物数量全球总数为1.921亿只，比2022年统计数量增加36.9%14o这一数字包括因其组织有用而被处死的动物、用于维持转基因菌株的正常动物和没有有害基因突变的转基因动物，以及为实验室用途而饲养但未使用的动物。由此可见，控制实验动物的使用数量，积极寻找替代方案是全球共同致力的心愿。1.2 动物实验伦理规范欠缺虽然实验动物模型在科学研究中具有非常多的优越性，然而动物实验伦理的规范化目前还存在缺陷。研究显示，无论是科学研究设计15、医学教学过程16,还是期刊论文发表要求中动物实验的伦理审查都还存在大量不规范的问题17。动物实验符合伦理要求一方面是人道主义的体现，另一方面是保障实验结果可靠、可重

7、复的重要前提。目前动物实验伦理缺陷主要体现在动物实验伦理学认识不足、试验过程中缺乏对动物伦理的思考，国内学术期刊对实验动物伦理的要求有待提高，实验动物伦理审查委员会建设有待规范，实验动物机构资质认证有待加强，实验过程对动物的麻醉、取材和处死过程有待优化等18-19o虽然人们已经发现动物实验暴露的伦理问题，但动物实验伦理规范化进展缓慢，并且不同国家的法律法规跟进程度和速度差异巨大，难以在短期内对现状实现较大的改善。因此，使用低等生物替代高等生物，使用非生物替代生物的替代动物研究方法成为研究者的希望所在。替代动物在很多方面避免了伦理审查问题，采用其他手段减少动物的使用或不使用动物进行科学研究，因此

8、规范化更加容易实现，在近年来得以快速发展。2替代动物研究伦理规范评估的范围“替代”是3R原则的核心内容之一。替代动物实验的基本范围主要包括3个层次：（1）应用体外实验替代整体动物实验，如体外培养的动物或人原代细胞、组织标本、类器官和细胞系等；（2）应用低等生物和有限知觉的生物体替代脊椎动物实验，如植物、细菌、果蝇和斑马鱼等；（3）应用数学、物理和化学方法以及计算机模型等非生物手段，如利用构效关系（StrUCtUre-activityrelationships,SARs）模型预测化合物的潜在生物学效应20。替代方法主要研究内容包括:毒理学检测、化妆品毒性检测、眼刺激试验替代方法；动物模型替代，以

9、体外细胞实验代替整体动物实验；药物代谢反应和动物实验教学等。2.1毒理学检测、化妆品毒性检测、眼剌激试验替代方法替代动物毒理学检测范围包括急性经口毒性试验、急性吸入毒性试验、皮肤腐蚀试验、皮肤刺激试验、经皮肤吸收试验、眼刺激试验、皮肤过敏试验、光毒性试验、内分泌干扰试验、胚胎毒性试验、血液毒性试验、遗传毒性10。当前国家已发布的替代方法标准几乎全部涉及化妆品毒性研究，如化妆品体外替代试验实验室规范（SN/T22852022）.化妆品急性毒性的角质细胞试验（SN/T23282022）、防晒化妆品紫外线A（UVA）光防护效果体外测定方法（SN/T51502022）等21。目前根据使用材料和作用原理

10、的不同，眼刺激试验替代方法可分为7类：（1）严重眼损伤和眼刺激性的体外综合测试评估方法；（2）牛角膜浑浊和渗透性试验细胞膜损伤试验；（3）离体鸡眼试验；（4）短时暴露试验；（5）重组人角膜上皮模型试验；（6）荧光素渗漏试验；（7）其他替代试验方法（如体外细胞试验方法、微生理仪细胞传感器试验等）22。2.2 动物模型替代科学研究在探索现象和真理的同时也会使动物造成超出研究范围的伤害，因此科学家一直在不断探索减少动物在研究模型中的使用，或使用非生物体模型进行替代研究从而避免动物的使用。例如，在皮肤抗氧化功效评价模型的使用中，从最初使用大鼠模型进行紫外线照射等研究23,发展到使用动物离体皮肤模型24

11、、EPiSkin模型及Phenion和EpiDermTM等商用全层皮肤模型25-27。这避免了动物在实验过程中造成的皮肤损伤和全身系统反应。类似的，在神经发育毒性动物实验研究中，由于毒性化合物的数量巨大，采用哺乳动物进行神经毒性研究在经济上和动物使用数量上都是巨大负担，因此采用体外细胞模型模拟神经发育过程中的关键事件，进行化合物的神经毒性测定28-30。由于神经系统交错影响的复杂性，为了弥补体外细胞模型的局限性，还采用了非哺乳动物模型进行系统研究，如斑马鱼、线虫和果蝇等已广泛用于神经发育机制的研究31。2.3 药物代谢反应和动物实验教学替代研究2.3.1 药物代谢反应体外模拟计算机模拟在药物代

12、谢反应替代研究中发挥重要作用，尤其是基于生理的生物动力学(physiologically-basedbiokinetic,PBBK)模拟计算工具可以用来预测化妆品的毒性和药物的吸收、分布、代谢、排泄特征32。此外，计算机模拟还常常被用来在细节上模拟蛋白质、受体、脂质双分子层、血脑屏障等预测他们对物理条件和刺激或化学物质的行为或反应。计算机模拟和信息学方法通过预先筛选潜在的药物候选分子，排除成药可能性较小的化合物从而使药物发现过程缩短以及牺牲的实验动物数量最小化，此外还避免了伦理问题。用基于计算机的替代动物实验室的比例在西班牙最高(73给，而在法国和意大利则较低。波兰、捷克共和国和罗马尼亚报告了

13、相对较高的计算机化替代试验使用率。意大利(64%)和荷兰(67%)最大限度地利用免费的计算机资源。西班牙(27%)、德国(41%)和荷兰(22%)等国家最大限度地利用了内部开发的计算机模拟资源33。2.3.2 实验教学替代研究高校教学是实验动物使用的重要组成部分，关于动物实验教学过程中的替代研究已有一些共识。教学中使用的动物数量约占使用动物总数的设到10%34人们呼吁通过使用人体生理学实验代替部分动物教学，或通过合并实验内容最大程度减少教学过程中动物的使用，强化学生的动物伦理观念，尊重和保障动物福利。此外，还可以通过增加计算机模拟和视频教学增强学生操作技能，防止教学过程中因操作原因增加动物不必

14、要的伤害35。实践表明，使用多元化的方式进行动物实验教学并不会影响实验教学的效果，反而激发了学生的学习兴趣2o计算机模拟和视频教学也方便学生在课后反复练习，巩固了教学成果。3替代动物研究伦理规范评估指导原则人源的细胞和组织在疾病和治疗相关研究中具有独特的优越性，更加贴近真实疾病状态，因此深受研究者的青睐。虽然替代动物实验通过选择细胞、人体组织或低等生物及计算模型代替研究在一定程度上减少了传统实验动物的使用，然而关于替代动物实验中的伦理审查规范还不十分明确。“人类基因编辑婴儿”事件是替代动物实验伦理不规范的典型案例36,该事件造成了严重的社会影响并引发全社会范围对科学研究过程中伦理问题的关注与担

15、忧。通常公众舆论只有在有助于开发更好的药物或增加对疾病的了解时才会支持动物研究，进而促进有效的预防方法或对抗此类疾病的新药被发现37。因此，在采用替代动物方法进行研究时必须严格遵守相关伦理规范。3R原则和5项自由原则（即免于饥渴、不适、痛苦、伤害和疾病、恐惧和焦虑的自由，自由表达天性）同样适用于替代动物实验Q对低等动物和无脊椎动物替代研究实验，要遵守实验动物伦理原则，尊重动物生命和权益，遵守人类社会公德。坚决反对针对动物的野蛮和不人道的行为。对非生物类型的研究，如计算机模拟等的研究，要充分保证替代方法验证有效，以保证药物开发的成功率及临床试验的有效性。4替代动物研究伦理规范实施后追踪为了对替代

16、动物研究伦理规范实施效果进行评估，各级伦理委员会应对特定的实验进展进行伦理追踪，不断强化替代动物实验的监管，保证实施与方案的一致性。对实施过程中的方案变更要及时严格进行补充审查，防止变更过程中有不符合伦理规范的操作。4. 1对减少或优化的动物实验研究所谓实验动物的福利伦理审查，就是按照实验动物福利伦理的原则和标准，对使用实验动物的必要性、合理性和规范性进行专门的检查和审定。实验动物（福利）伦理委员会是可独立开展实验动物福利伦理审查工作的专门组织，负责实验开展前、实验过程中及实验结束后对实验过程中动物福利和伦理规范进行审查和评估。伦理委员会由本级实验动物主管机构或从业单位负责组建；可根据实验动物

17、有关法律、规定和质量技术标准，负责各自管理权限范围内实验动物从业单位的实验动物相关的福利伦理审查和监督，受理相关的举报和投诉38。4.2 对教学过程中动物实验研究为规范医学及兽医学教学过程中的动物伦理审查，院校教学使用的动物应向学校动物伦理委员会报备，教师按照要求提交伦理审查批准书。授课教师应详细记录教学内容和动物处理过程、处理结果。每次教学结束应及时提交当次实验报告给动物伦理委员会备查，伦理委员会及时审查并给出相应意见进行教学改进39。若教学过程中发生突发事件导致动物意外死亡或因其他原因导致的实验动物增加的情况，教师应在教学结束后及时向动物伦理委员会进行补充说明。伦理委员会及时审查并评估合理

18、性。教学使用动物的伦理规范实施后追踪是教学改进的重要方式。4.3 对涉及人的标本和细胞实验研究研究过程中更改实验方案，更改细胞或组织类型，增加样本来源等需要主动向伦理委员会提交伦理审查申请。此外，从人体补充获取的细胞或组织需获得受试者的知情同意。4.4 对医疗器械动物实验研究医疗器械动物实验的开展是经决策评估后实施的，而实施后的伦理追踪对保障动物福利是非常重要的环节。伦理委员会在核查过程中发生以下情况有权要求停止已开展的实验40：实际操作人员未经专业培训，违反伦理原则要求的；实际实验环境、饲养设施不合格的；实验过程操作缺乏人性化、虐待动物的；活体解剖未麻醉、处死动物手段残忍的；实验动物极端痛苦而对人和动物无任何益处的；供试品和对照品在同一只（头）动物受试的。5展望替代动物实验伦理涉及范围广泛、层次复杂，迄今为止已经发展并论证了许多有效的替代动物方法，在减少实验动物的使用上发挥了重要作用，然而目前尚无明确完备的关于替代动物实验伦理的具体规范。根据3R原则分类，经减少和优化的动物实验，现行的实验动物伦理相关法规对其普遍适用；由低等动物或无脊椎动物替代高等动物可酌情使用现行相关伦理法规；而非生物实验的伦理规范问题则需要在未来进行更多的探索。非生物方法的伦理规范的制定将有效推进替代动物实验的发展和减少实验动物的使用，这也是未来国内替代动物研究伦理评估标准制定的重点发展方向。