我的研究經歷：實驗動物與實驗生物學

我的研究經歷：實驗動物與實驗生物學

4月24日，是「世界實驗動物日（The World Lab Animal Day）」，紀念每年死於科學研究的億萬隻動物。「世界實驗動物日The World Lab Animal Day」，是1979年由英國反活體解剖協會（NAVS，National Anti-Vivisection Society）發起的重要的實驗動物保護節日，呼籲人類減少和停止不必須的動物實驗。世界實驗動物日是受聯合國認可的、國際性的紀念日，旨在倡導科學、人道地開展動物實驗。中國科學院之上海實驗動物中心，世紀初就籌建的實驗動物紀念碑於2013年元旦公開亮相。此前，上海交通大學醫學院1997年就在校園圍牆上釘了塊黑底金字「銘記」牌，廣東省醫學實驗動物中心2003年也在大門前建了「致敬」球；此後，北京、南京、西安、重慶、揚州…各地知名生命科學教研單位也都樹起了這種紀念碑。

實驗動物的出現

生物與醫學是分不開的兩個基礎研究學科，也是飲食與健康相關性很強的兩個應用學科。一句話：人與動物、人與自然是統一的，不可分割。遠古人類必須傳播有關植物和動物的知識以便增加生存的機會。這也包括了人類和動物的解剖學方面（最早的解剖學是中國春秋戰國時期的全息解剖學），以及動物行為學（如遷徙的方式）。但是，生物學知識的第一個重大轉折點是在約10,000年前的新石器革命。人類首次開始種植作物並飼養家畜，同時開始了定居的生活。

狗是人類最早訓話且飼養的動物，馴化的時間大約是在距今13000年至15000年之間。在河北省徐水縣南庄頭遺址出土的距今1萬年左右的骨頭，是迄今為止發現的中國最早的家畜骨頭。這是一塊狗的左下頜。其次就是雞。人類養雞的最早有史記錄是公元前8000年。中國民間傳說中的鳳凰是一種僅次於龍的圖騰動物，在「血統」上，也與雞近緣；或許鳳是一種已經滅絕了的野雞。第三個是貓，人類從古代就有養貓的紀錄，並在5000年前便已完全馴化貓，古埃及人會飼養貓來捕捉老鼠及其它嚙齒目動物等；中國馴化貓的歷史記載年代大約有3000多年。

西方動物實驗醫學則起源於古希臘（公元前400年），比如希臘亞里士多德（前384年6月19日－前322年3月7日）實驗和埃拉西斯特拉圖斯（前304年－前250年）「活體解剖」，說明人類很早就開始通過動物實驗來造福人類。從公元2世紀古羅馬名醫克勞狄烏斯·蓋倫（Claudius Galenus，129年－199年）解剖山羊開始，人類醫學迎來一次又一次進步，而每一個台階的鑄就，都離不開無數實驗動物的犧牲。實驗生物學是西醫三大理論基礎（解剖生物學、細胞生物學和實驗生物學）之一。

中醫為什麼沒有實驗動物？

中醫起源很早（至少8000年）。中國歷史上很早就有「五穀豐登，六畜興旺」之說，「六畜」即指馬、牛、羊、豬、狗、雞，這個詞最早出自《左傳》，在《左傳·僖公十九年》（公元前641年）里記載「古者六畜不相為用」。《黃帝內經》與《神農本草經》為什麼不講實驗動物或動物實驗？直到中國唐代（618年6月18日－907年5月12日）的《本草拾遺》和宋代（960年－1279年）的《本草衍義》，才開始記載動物藥理實驗？原因很簡單。《黃帝內經》是來自上古的生命哲學，是一部圍繞生命問題而展開的百科全書。《黃帝內經》主張養生、攝生、益壽、延年。「不治已病治未病，不治已亂治未亂。」堪稱中國養生之第一書。養生問題的核心是轉變生活方式，目的是提高生活質量。生命質量要提高，生活質量必須要上去。生命質量是生活質量的核心。

《黃帝內經》的智慧是配套的，把合道做人放在首位，然後天地才能開智慧。深，就在於其研究對象是生命，研究宇宙的生命，人的生命，萬物的生命。《黃帝內經》認為：人是有別於動物的，人的靈性只能與自然統一；人的生命活動是與天地自然息息相通的，生命的根本，來源於天地間的陰陽之氣。 因此，中醫吸納的是大自然的一切，而不是單一的動物。再者，人體的健康長壽，是來自天地與自然，而不是用動物實驗驗證的藥物才能達成的。至於唐宋之後，中醫也開始有動物藥理實驗，只能說是當時受到西亞（古希臘和古埃及）醫學的影響。現在用實驗動物，當然也是受西醫的影響。

實驗動物的發展

早先，實驗用動物從猴、狗、兔、鳥、蛙、魚到昆蟲（如果蠅），包含家養的、野生的，曾經很廣泛。到20世紀50年代，科學家們逐步發現，所用動物的種源、遺傳素質、生理狀況、生活環境、飼養管理及攜帶微生物情況等，都會影響實驗結果，因此展開了實驗動物科學化、標準化運動。

現今，「實驗動物」（laboratory animals）乃是特指「經人工飼育，對其攜帶的微生物實行控制，遺傳背景明確或者來源清楚的」科技實驗專用動物。如果實際用的是普通家養或野外捕捉的動物，那隻能稱之為「實驗用動物」（experi-mental animals）。標準「實驗動物」的先天遺傳性狀、後天繁育條件、微生物攜帶狀況、營養需求以及環境因素等方面都受到全面控制，既能保證實驗結果的可靠性、精確性、均一性、可重複和可比較性，又可保護接觸和使用實驗動物人員的健康。合格「實驗動物」有「國家標準」（GB14922－GB14925等），須經遺傳育種專家評定才能確認，至今真正純化成高等級並常用的僅有鼠、兔、狗、貓和小型豬等幾個種類；其中標準化水平最高，各領域最常用，品種和用量最多的是鼠類，在中國通常占實驗動物總用量的95% 以上，有些地區甚至達99% 。

由於動物和人類的相似度較高，我們經常會用動物作為實驗對象，以哺乳動物的鼠為例，據2002年《科學》報道，研究發現小鼠和人的基因圖譜竟然「基本相同」，都有大約3萬條基因，其中約有80%的基因相互對應。鼠的組織器官和人類的大同小異，是替代人類的最佳實驗對象，也是目前使用最廣泛的實驗對象，每年全球使用的實驗動物有數千萬至上億，其中85%－90%是嚙齒類動物。另外，實驗鼠具有生命周期短、繁殖能力強、可以近親繁殖等特點，意味著實驗成本相對較低，實驗數據可重複性高等。

實驗動物的基本原則

國際上認可的實驗動物福利的「3R」基本原則。「3R」基本原則，「3R」是「替代」、「減少」、「優化」3個英文單詞的首字母，由動物學家Russell和微生物學家Burch提出，首次出現在1959年英國出版的《人道主義試驗技術原理》一書中，隨後在全世界範圍內得到廣大科技工作者的認可，被廣泛採用。「替代（Replace）」：儘可能使用非動物的體外方法，或者用無知覺實驗材料替代活體動物，或者用低等動物代替高等動物。「減少（Reduce）」：在無替代情況下儘可能減少活體動物使用的數量，提高實驗動物的利用率，減少不必要的重複實驗。「優化（Refine）」：儘可能給動物創造一個好的實驗環境或減少給動物造成的疼痛和不安。

關於實驗動物福利的爭取，始終沒有結束。動保人士和反活體解剖人士仍在與醫學界和政府鬥爭，並最終推動了立法保障。在1966年，美國通過了《實驗動物福利法》（Laboratory Animal Welfare Act），隨後各國也相繼建立了相關的法律。

針對實驗動物，歸納起來有五項基本福利：1.生理福利：吃得好。為動物提供適當的清潔飲水和保持健康和精力所需要的食物，使之不受饑渴之苦。2.環境福利：睡得香。為動物提供適當的房舍或棲息場所，能夠舒適的休息和睡眠，使動物不受困頓之苦。3.衛生福利：無病痛。為動物做好免疫，預防疾病和給患病動物及時診治，使動物不受天疼痛、傷病之苦。4.心理福利：無拘束。保證動物擁有良好的條件和處置，使動物不受恐懼和精神上的痛苦。5.行為福利：無憂愁。為動物提供足夠的空間、適當的設施以及與動物夥伴在一起，使動物能夠自由表達天性。但是，我們在科學研究和維護實驗動物福利中要防止2種極端：一是過度抵制實驗動物福利，會造成偏離科學性的幾率增加，道德素質降低；反之則是過度強調實驗動物福利，造成科學研究的人力和物力的增加，工作有效性降低。

國際實驗動物評估和認可管理委員會（Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International，縮寫：AAALAC International）是一個私營的、非政府組織，它通過自願評估和認證計劃促進在科學領域人道對待動物。全球已有九百多家製藥和生物技術公司、大學、醫院和其它研究機構獲得了 AAALAC International 認證，其中，中國除台灣地區外共有57家機構或組織獲得AAALAC認證，展示了他們對有負責地護理和使用動物的承諾，為實驗動物福利樹立了高標準的楷模。

我做過的實驗動物研究

1，孩童時期，是非專業的探索：對小動物的好奇與觀察，先後餵養過小蝌蚪、螢火蟲、蝴蝶、蜻蜓、鐵牛、知了（蟬）、蠶寶寶等等，後來，家裡也有餵養雞、鴨、豬、狗、貓、兔，以及金魚、黃鱔、泥鰍等等。蒼蠅、蚊子、蟑螂、老鼠算嗎？

2，大學時期，真正進入實驗動物階段：鴿、魚、蛙、果蠅、毒蛇。

3，參加工作之後，屬於研究級別的實驗動物階段：小白鼠、大白鼠、青鱂、斑馬魚、鯽魚、金魚等等。

實驗動物未來的探索

1，晶元器官

在某些類型的研究中，由於動物與人類的差異太大，以至於無法成功預測某些產品或藥物對我們人體身體的影響。近年來，科學家們開始在植入到塑料晶元的支架上培養人類細胞，形成模擬心臟、肝臟、腎臟和肺部功能的微小結構。這些結構被稱為「晶元上的器官」，可以作為一種測試新化合物或新藥物對人類細胞影響的全新方法。

對這些簡化的、微型化的人類生理學模型進行測試，可以比動物實驗更能得出與人類相關的結果。至關重要的是，在早期研究的探索階段，當科學家不需要對整個系統進行測試時，這種測試也可以避免使用整隻動物。「晶元上的器官」在很大程度上解決了單一輸出或終端的問題，因為所有可能需要在這個早期階段進行的工作，就是測試某種細胞類型應對藥物或疾病的反應，從而指導今後的研究。

2，演演算法

研究人員已經開發出一種高速演演算法，可以從在線化學資料庫中提取大量信息，通過識別它們之間的結構相似性，將數千種經過測試的化合物與未經測試的新化合物進行比較。然後，該演演算法利用我們所知道的被測試化合物的毒性，對具有相似結構的未測試化合物的毒性做出可靠的預測（假設相同的結構意味著化合物具有類似的效應）。

通常，確定一種新化合物的效果需要進行數十次昂貴而耗時的動物實驗，而通過這樣的演演算法預測，我們可以減少所需的動物研究數量。「如果我們能證明希望投放市場的化合物是安全的，那就可以認為，這類研究能夠替代目前的動物研究。一項類似研究表明，在多種化合物的毒性預測方面，演演算法甚至可能優於動物實驗。

人工智慧模型可以通過計算機視覺和準確的數據集拯救數百萬隻動物的生命。這是動物模型的真正替代技術之一，具有為藥物發現產生可靠和安全結果的巨大潛力。量子計算技術的出現正在創造一種具有突破性和實驗性方式。因此，不需要使用不同的動物進行不太可靠的動物測試。

3，中醫

西醫發展的基礎是實驗動物，但西醫並不能解決所有問題（尤其是健康問題），西醫可以解決的主要問題是資本與盈利。中醫「不治已病治未病，不治已亂治未亂」，把疾病控制在尚未爆發階段，才是生命與健康的最高境界。由此可見，不以藥物研發為目的的基礎醫學，而是以避免人體生病為目的的基礎醫學，才是未來醫學的出路。