實驗動物與生物醫學進步之互動 - 洪昭竹博士
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洪昭竹
生物技術開發中心
毒理及臨床前開發組

  何謂「動物實驗」? 凡使用動物進行任何科學研發之程序,皆可稱之動物實驗。而使用之動物,無論是脊椎或無脊椎動物,皆稱之實驗動物。大部分的動物實驗,以醫學、生物學、獸醫學及農學為主。在生物學、獸醫學及農學領域的動物實驗,皆以相關的動物品系為主,取得相關資料,以改善該生物品系之特性為目的。但大部分的實驗動物,皆應用於醫學研究及安全性測試,以動物來作為人類的替代品或特殊疾病模式。

  實驗動物之廣泛使用於醫藥研發,與醫學的進步成正比。西方的醫學起源於希臘。公元400年前,第一本醫學手冊 "Corpus Hippocraticum" ,即有描述解剖及生理實驗。高蘭 (Galen, 130 ~ 201 A.D.) 是第一位傑出的醫生和生理學家,它在羅馬執業時,即利用豬、猿猴及狗作為醫學研究的對象,而其研究結果被他利用來作為治療的基礎。自高蘭之後,約有千年,沒有任何重要而值得提及的動物實驗及醫學進步。

  直到15世紀文藝復興,實驗醫學及生物學才慢慢活躍起來。起初只有解剖,後來才有生理學之延伸。那時候,人們認為動物是沒有感情的,所有動物實驗只是利用動物來了解其機械式原理,來申論人類相似的動作。同時認為人類與其他動物間之差異,在於動物沒有靈魂,也沒有特別的知覺。而人類有感覺及思考能力,動物只是沒有情感的機器而已。這種觀念直到18世紀,人們才漸漸接受:由動物實驗所得之實驗醫學結果,有助於人類福祉及改善生活。而且事實上也證明,動物實驗的結果與醫學的進步,是正面的,而且是互動增進的。

  進入19世紀之後,隨著醫學的進步及發展,動物實驗更是呈倍數成長。尤其一些重要的醫學發現及藥物開發,更促進實驗醫學及動物實驗之進步與互動。例如:

一、 麻醉藥品之發現,可以讓科學家在動物實驗時,減少動物的疼痛,增加實驗的準確性。
二、 達爾文於1859年發表「物種原始」 ( "The Origin of Species " )一書,提供演化的理論基礎作為科學的原則,證明人類與動物之間有很大的相同性,促使在醫學研究上,以利用動物模式替代人類模式的合理性。
三、 法國學者波納 ( Claude Bernard ) 於 1865 年發表「實驗醫學之介紹」一書,更指出實驗醫學之進步,都得依靠及利用實驗動物之測試,才能取得完整及正確的結果。
四、 德國學者柯賀 (Koch) 於 1884 年發表了「假設」( "Postulates" )一書,開啟了微生物學這一門科學。「假設」說明任何由病人或患畜所分離出的病原微生物,感染了健康動物,會引起相同的疾病。因而實驗動物就成為人類不可缺乏之替代品。另外在微生物學上,也多利用實驗動物來生產抗體血清、疫苗開發、測試功效及其安全性。
五、 生物醫學學門之發展,如:藥理學、毒理學、病毒學、免疫學等發展,以及醫藥工業的成長,都增加了實驗動物的使用。

  於19世紀末,大部分的實驗動物皆取之於家畜。但進入20世紀之後,由於多種純品系小鼠﹙mice﹚及大鼠﹙rat﹚之育成,因其具有特殊的遺傳特性及疾病模式,而成為生物醫學界的寵兒。目前在科學界,其所使用的實驗動物的數量及種類,都與該國家生物醫學的進展成正比。在不同的科學領域所使用的實驗動物,藥物研發佔20 ~ 25%,疫苗研發及測試佔 15 ~ 20%,毒理及安全性測試佔 15 ~ 20%,癌症研發佔 10 ~ 15%,另外大約30% 供基礎生物醫學研發、遺傳、診斷、實驗外科及教育訓練之用。

  由於在生物醫學及藥物開發上大量使用實驗動物,引起動物保護團體的關切,因而各國皆有不同種類的立法或規範,來限制實驗動物之使用。我國亦於民國87年通過「動物保護法」,以立法方式來規範實驗動物之使用。

  在實驗動物的使用技術方面,,羅素和伯齊 (Russell and Burch) 於1959年發表 「人道實驗技術之原則」( "The Principles of Humane Experimental Technique" ) 一書,書中主要強調如何杜絕一些不人道的動物實驗,同時提出 「3R原則」 ( The 3-R Concept ):取代 ( Replacement ),減量 ( Reduction ),精緻 ( Refinement ),作為動物實驗時主要之指導原則。茲簡述於下:

一、 取代 ( Replacement ):利用體外實驗技術、電腦化模擬及錄影帶等技術,以取代活體實驗,並且可以得到相同的實驗結果及數據。
二、 減量 ( Reduction ):主要是減少實驗動物的使用量。利用適當的實驗方法、控制環境的變異數及統計學上的顯著性,可以在試驗設計上減少實驗動物的使用量,並且可以取得相同的實驗結果及數據。近來在實驗動物學上的進步,使動物的健康監測、遺傳特性及環境要求標準化,可以減少實驗上的變異數,而減低使用數量。
三、 精緻 ( Refinement ):減少實驗動物於實驗中產生的緊迫及疼痛。規劃動物試驗時,先行瞭解動物的需求、良好的飼養管理及環境需求,可以減少動物的緊迫。使用適當的麻醉劑、止痛劑以及合理的安樂死等,皆是精緻化的一部份。同時,實驗動物中心在營運上的改善,也可使動物實驗的飼養與管理更為人道。「精緻」不只可以增加動物之福祉,同時也可以保證動物實驗的品質。此外,進行動物實驗時,除了進行實驗之科學家之外,仍需要其他人員的配合,包括動物飼養管理人員、動物技術人員、實驗動物獸醫及專家等,才能達到這三項目標。

  另外關於動物福祉及動物實驗,相關人員的再教育及訓練是必須的 。在規劃任何一項動物實驗時,必須對以下事項加以評估及審核:﹙1﹚這動物實驗是必需的,而且沒有替代的方法。﹙2﹚這動物實驗不會引起動物無法承受的痛苦及疼痛。﹙3﹚細心規劃動物實驗的設計,以及注意動物的福祉。在我國「動物保護法」子法「動物實驗管理小組設置辦法」中,訂有動物實驗管理小組之任務及執掌,如何切實履行更為重要。這些也是先進國家在進行生物醫學研發時,所共同持有的道德標準。

參考資料:
1. Russell, WMS., Burch, RL. The Principles of Humane Experimental Technique. London, Methuen, 1959.
2. National Research Council. Education and Training in the Care and Use of Laboratory Animals. Washington, D.C. National Academy Press, 1991.