AI、器官组织芯片和类器官,有望彻底变革科学研究方式。
从2020年每只3万元暴涨到如今每只23万元,不到三年时间,实验猴就因采购价格暴涨,成了生物医药业内争相囤养的“战略资源”。
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那么,实验猴价格暴涨的背后原因是什么,其能否被替代?面对“一猴难求”的实验困境,生物医药的临床前研究出路何在?
市场供需关系紧张
面对实验猴价格暴涨导致的“一猴难求”实验困境,学界的担忧是可以理解的。
因为这直接关系到生物医学基础研究的成果,而基础研究又涉及临床治疗、药物和疫苗研发等方面,最终关乎人的健康和生命。
按照生物医学的动物实验结果,非人灵长类动物在药物的疗效、代谢和毒理等方面,效果最好,交叉反应最高,优于其他动物。无论从效果还是成本来看,食蟹猴是临床前研究中应用最广的实验猴种类。
实验猴价格暴涨,首先是市场供需关系紧张。新冠疫情以来,实验猴的需求增多;食蟹猴还是国家二级保护动物,繁殖需要按规定申请办理相关证件;而且繁殖时,还需要引入新猴种进行配种,以保持猴群良性发展。
而我国在逐渐限制野生动物交易和引种。2011年,国家林业局下发通知,暂停从境外引进食蟹猴种源。此前,三部门联合发布《关于禁止野生动物交易的公告》。
于是,有机构选择铤而走险走私猴子。这既违法,也非长久之道。而扩大猴子养殖产业也面临技术、管理、产业和产业链的建立与流通等问题,短期内难以解决。
变革科学研究方式
事实上,一项产品的价格畸高和使用不便之时,就意味着一个产业需要更新换代了。比如,铜芯对光纤等。实验猴价格的暴涨同样如此,但这涉及一个更根本的问题,即转变思维,变革科学研究方式。
目前来看,在现代生物医药科研中,替代动物实验,已具备相关基础。一是人工智能(AI)和分子生物学的发展,以及AI与生物医学的结合和融合;另一方面是生物医学实验,已经可以通过各类干细胞培养出类器官和器官芯片来进行研究。
AI替代动物实验进行研究,也在药物和生物产品的前期中得到充分应用和验证。如2020年阿尔法折叠2(Alpha Fold-2)就取得了惊人成就,其测定的大部分蛋白质的结构都非常准确。
另一方面,替代动物实验的生物医学实验也大放异彩。替代动物实验的生物方式,首先是器官(组织)芯片(器官晶片),可以模拟包括大脑、肺、心脏、肾、肝等器官。比如,通过采用动物,如大鼠或猴的肝细胞和人的肝细胞来制作的肝芯片,在实际应用中,正确识别了87%的药物。
其次,用干细胞培养的类器官,也可替代动物实验。类器官小的只有1毫米,现已研发出大脑、肺、心脏、肾等类器官用于实验研究。尤其是对于癌症治疗,其预测临床肿瘤的用药疗效,总体准确率高达83.3%.
可以预测,随着AI、器官芯片、类器官的发展,其实验效果会更为精确,从而达到比肩动物实验的效果。但其比动物实验的速度更快,成本也更低。如国内一套肺癌组织芯片仅需900元、肝癌类器官为6500元。
为减少动物实验做准备
当然,目前的AI、器官组织芯片和类器官并不能完全取代动物实验,因为生物体有一套全面整合的生理和代谢途径,不同的动物也有区别。因此,未来的生物医学研究可以采用结合AI、器官组织芯片、类器官和动物实验的方式进行。
事实上,一些国家已经在管理和科学认证上,为减少和取代动物实验做准备了。2022年底,美国通过美国食品药品监督管理局现代化法案2.0.该法案规定,新药不需要进行动物实验也能获得美国食品药品监督管理局(FDA)的批准。
对此,我们也需要转变观念。一种可行的方式,科研实验先采用AI、器官组织芯片、类器官,其次再采用低等动物,如小鼠、两栖动物等,关键时刻再采用非人灵长类动物等。
如此,“一猴难求”的实验困境将大为改观,有关专家预测,未来可能极大减少非人灵长类动物的用量,使实验猴价格大幅降低。而AI、器官组织芯片、类器官等方式进入现代实验科学,也更有利于保护动物。
□张田勘(科普专栏作家)