以動物做實驗--談3R

以動物做實驗--談3R

財團法人農業科技研究院動物科技研究所 陳正文 博士
國立臺灣大學獸醫專業學院 周崇熙 教授
國立中興大學動物科學系 林怡君 助理教授

一、以動物做實驗的歷史
　　人類對動物一直都有高度興趣。因為人類相信，觀察動物的生理行為，可對人類心理與生理作出預測。例如：1959年哈洛「幼猴的愛」實驗中，由鐵絲做成的母親雖可提供奶水，但幼猴大部分時間卻寧願抱著無奶水的絨毛母親；幼猴受驚嚇時亦投抱絨毛母親，證實幼猴對愛的渴望是「溫暖的接觸」（圖一）。1973年卡爾宏「老鼠烏托邦」實驗中，在有限的空間放入4公4母的老鼠，提供充足的水與食物。老鼠數量很快的上升至2,200隻，但卻開始停止交配導致生育率降低，最終僅存27隻年邁且無法生育的老鼠，暗示人類烏托邦社會的命運（圖二）。1940年代弗里希發現蜜蜂會使用類似語言的舞蹈方式，向蜂群傳遞發現食物的位置，獲得了1973年諾貝爾生理醫學獎（圖三）。
　　以動物做實驗的歷史可回溯到西元前3世紀。希臘哲學家亞里斯多德對動物研究的相關重要著作包括：動物誌、動物的結構、動物的生殖。亞里斯多德以「靈魂」來區分人類與動物，但也比較人類與動物在形體、功能與目的上的「相似」與「不同」。西元2世紀，古羅馬醫生蓋倫跟隨亞里斯多德的腳步，使用大量活體動物進行觀察與實驗。在當時社會無法接受人體解剖的氛圍下，蓋倫將活體解剖動物的技術發展到前所未有的水平，奠基了人類醫學的基礎。
　　從過去人類對動物的各種研究中，都可觀察到人類與動物在生存、生理、道德或情感的相似處。這些相似處也間接支持1859年達爾文的「物種起源論」，即人類與動物有親密關係。
               
  圖1-1959年哈洛「幼猴的愛」實驗。來源：Harry F. Harlow, Sci Am . 1959 Jun; 200(6):68-74.

               
圖2-1973年卡爾宏「老鼠烏托邦」實驗。來源：John B. Calhoun, Proc. R Soc Med. 1973 Jan; 66(1 Pt 2):80-8.

               
圖3-蜜蜂使用類似語言的舞蹈方式，向蜂群傳遞發現食物的位置。來源：https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/frisch-lecture.pdf

二、動物實驗的爭議與貢獻
　　從蓋倫之後一直到中世紀，以動物做實驗的研究方式幾乎完全被廢棄，直到14-17世紀的文藝復興時期才又重新出現（圖四）。17世紀以動物做各種生理實驗的風氣相當盛行，也是科學進步的啟蒙時代。到了18世紀，人們對動物實驗開始產生道德疑慮，由於當時沒有麻醉技術，因此主要爭議仍在「活體解剖動物」是否合理。當時哲學家伏爾泰、盧梭、邊沁與叔本華等人，都提出人類有對動物仁慈的義務，並批判那些僅將動物視為達到目的手段的人。但邊沁提出，從效益主義（Utilitarianism）的觀點，若能帶給整體人類最高福祉，且在「有特定目的、對人類有利、伴隨公平的成就」三個前提下，可接受使用動物進行研究；此一思考邏輯是承認人類優先於其牠動物，且人類利益優先於動物痛苦。邊沁的效益主義也將「活體解剖動物」逐漸轉向「活體解剖動物對人類的益處是否合理」的辯證。

               
圖4-西方國家使用動物做實驗的使用量趨勢。來源：Nuno H. Franco, Animals (Basel). 2013 Mar 19; 3(1):238-73.

　　到了19世紀，反動物實驗的情緒在英國普遍了起來。當時在英國具影響力的法學家、政治家、文學家、神職人員、醫學界，甚至維多利亞女王都反對活體解剖動物，且對進行動物實驗的醫學研究者相當不友善。1875年英國也成立反活體解剖動物協會（National Anti-Vivisection Society, NAVS），是史上第一個挑戰以動物做實驗的機構，其訴求是完全廢除活體動物解剖，NAVS至今仍持續運作。然而，但19世紀的其他歐洲國家並未受到英國反動物實驗的影響。法國與德國科學家，持續以動物進行各種實驗，獲得許多突破性的醫學研究成果。包括巴斯德、哈夫金、科霍等人，都相繼以動物實驗證明疾病與微生物之關係，開發出多種疫苗。例如：炭疽疫苗、狂犬病疫苗、霍亂疫苗、鼠疫疫苗等。反觀維多利亞時代的英國，卻因爲反動物試驗，導致相關的研究成果與法國及德國相比，相對落後。

三、生物醫學研究與動物倫理的道德平衡
　　20世紀至今，工業革命帶來醫藥技術的發達，諾貝爾生理學或醫學獎中，至少有 83 項研究是在脊椎動物進行。重要的生物醫學技術的發明包括：維生素、賀爾蒙、抗生素、輸血技術、疫苗、胰島素、血液透析、癌症化療與放射線治療等，人類生活水平與平均壽命明顯提升。以動物進行的生物醫學研究，大幅提升整體人類的健康與延長人類的壽命。然而，反對動物實驗的道德聲浪沒有因此停止過，逐漸轉移向禁止以伴侶動物進行實驗。主要的原因之一，是嚙齒類動物（小鼠與大鼠）實驗模式已逐漸被開發出來，且嚙齒類基因轉殖與基因剔除技術的蓬勃發展，嚙齒類已成為重要的動物模式。甚至有商業公司或研究單位提供各式基因轉殖/基因剔除小鼠，供作為實驗動物。例如：COVID-19病毒可感染Human Angiotensin-Converting Enzyme 2 (ACE2) 基因轉殖小鼠，可作為COVID-19疫苗開發之動物模式。由於小鼠與大鼠被大多數民眾視為低等的生物，道德考量較少，因此在科學研究中使用牠們更容易被接受。
　　人們不斷在動物保護與科學進步的相關性和矛盾中，尋求動物倫理與生物醫學的妥協與進步。以動物做實驗的矛盾，科學家們並非無感。例如：19世紀當巴斯德進行各樣動物實驗時，就堅持盡可能的對動物麻醉防止不必要的痛苦；甚至會使用所謂的「人道終點」。1959年，英國動物學家羅素與伯奇，發表人道實驗技術原理（The Principles of Humane Experimental Technique）一書提倡3R原則。3R原則代表執行動物實驗需考慮替代（Replacement）、減少（Reduction）、精緻化（Refinement）三項原則，有其順序性但也彼此相關。首先，研究人員規畫實驗時，需先考慮是否能以無生命的方法「替代」避免動物實驗，或是以生物分類學上較低等的生物替代高等動物做實驗。如確實需以動物做實驗，則要「減少」使用的動物數量，獲得精確且有意義的數據，擴大實驗成果的槓桿效益（Leverage）。並在執行動物實驗時，減少動物不人道的事件發生，促進實驗動物的福利，即所謂的「精緻化」。3R原則使科學家在生物醫學研究與動物倫理的道德中得到平衡。

四、3R的實踐
　　1999 年生命科學領域替代方法與動物使用第三屆世界大會（3rd World Congress on Alternatives and Animal Use in the Life Sciences）的《博洛尼亞宣言》中，各國針對實驗動物替代、減量、精緻化程序已經有了共識，重申「人道科學是良好科學的先決條件」，應極力推廣實驗室動物3R的實踐。目前許多國家已將3R原則納入法律中。我國於1998 年 11 月 4 日公布實施「動物保護法」，於 2001 年 7 月與 2003 年 7 月分別制定「動物實驗管理小組設置辦法」及「動物科學應用機構查核輔導要點」等法規；持續修訂建立動物科學應用機構內部自主管理之制度與責任，強化外部機關之監督及管理，規範實驗動物之使用。
　　3R原則提供一個合理的框架，使倫理和科學之間能夠平衡，建立一個基礎使生物醫學上使用動物做實驗的方法可以被改進，讓人類與動物的利益可被平衡。1980 年代和 1990 年代，世界先進國家在3R的發展上獲得了相當大的進步。例如：生物醫學論文的數量在此期間增加了一倍，但被用於研究的實驗動物數量在 1970 年達到頂峰後即開始下降（圖四）。但由於這項統計數據取自於西方國家，我們無法評估實驗動物的使用數量下降，是不是動物實驗被外包給其他新興國家。
　　現代的科學體制化知識權威，已需要受到社會大眾的檢視。人類一開始以動物做實驗的方式來認識自己，之後對動物實驗產生道德疑慮，政策和法律接著開始管制動物實驗，最後透過新媒體的資訊傳播擴及社會大眾。民眾的道德意識提升，也推進著科學的進步。舉例來說：臺灣自日據時代開始就有豬瘟，疫苗還未被開發前，豬農使用豬瘟病毒高度免疫豬隻之血清加適當防腐劑後製成之製劑來預防豬瘟。直到1952年李崇道博士引進使用兔子來生產豬瘟疫苗後（圖五），全臺豬瘟疫情才逐漸獲得控制。近年來動物保護意識抬頭，減少活兔犧牲製造豬瘟疫苗的聲浪越來越高，也推進著政府與學研單位陸續開發相關產品，取代以活兔製造疫苗。此雖非實驗動物3R的經典範例，但由此可知，開發取代方法也需使用動物實驗來驗證新方法之可靠性。取代方法的開發雖需建立在另一個動物試驗上，但最終達到的動物福利槓桿是大的。

               
圖5-李崇道博士。來源：https://www.coa.gov.tw/ws.php?id=22678

五、沒有最好只有更好
　　以動物做實驗若不能遵守3R原則，它所導致的爭議很難用論述來取代。違背3R原則開發出的產品隱藏著不道德，它不會因為使用的人被說服而消失。人類要做的就是讓牠們被人道對待，讓專業遇到公眾目光時能站得住腳。生物醫學實驗就像科學證據的劇場，科學家如何以3R原則將實驗動物擺放於劇場中，形成無可爭議的局面，此需足夠的人文科學素養。
　　再者，自動物福祉科學的發現，急性或是長期的緊迫對於動物生理所造成的傷害更是非同小可。動物在面對緊迫時，最主要釋出的內泌素，如：醣類皮質素或是兒茶酚胺，皆可能影響眾多下游基因表現。動物的心血管系統、代謝、中樞神經系統和免疫系統，皆會受到緊迫的影響。因此未遵守3R原則，而使動物受到不必要的緊迫或是痛苦，其實驗所得出之結果，亦會受到國際團隊所質疑。當決定以動物做實驗，以3R原則執行科學研究，可避免實驗動物毫無目的被犧牲。
　　各國目前仍持續努力追求一個更好的3R架構，使生物醫學研究與動物倫理得到平衡。例如：歐盟於2011年成立替代方案確效中心，並於2017年成立動物福利平台進行對話、交流與立法；荷蘭將於2025年全面廢除動物實驗，致力發展動物實驗替代方案。在亞洲，日本與韓國分別於2007及2009年成立替代方法驗證中心。我國「動物用藥品檢驗標準」中，已將注射液及滅菌懸浮液之小白鼠安全性試驗，改由細菌內毒素試驗替代；「化粧品衛生安全管理法」禁止化粧品安全性評估進行動物實驗；「藥品查驗登記審查準則」規定熱原試驗應以非活體動物替代方式優先。國內法規持續跟進國際3R之趨勢。

六、我國現況與未來展望
　　我國動物保護法屬畜牧法規體系。但動物科學應用範圍包括人、動物、植物與環境用產品，即整個健康一體（One Health）領域，涉及的範圍相當大。因此，我國目前採科學應用機構內部自主管理，強化外部機關之監督及管理方式進行管理。前揭科學應用機關包括：專科以上學校、動物用藥品廠、藥物工廠、生物製劑製藥廠、醫院、試驗研究機構、其他經中央主管機關指定之動物科學應用機構等，涉及範圍相當廣泛。3R需跨部門與跨單位共同合作來推動，它不僅是生物醫學研究，也是社會、政治、文化與科技互動的研究（Science-Technology-Society, STS），科技渴望社會的支持。
　　我國近年生技產業蓬勃發展，實驗動物的3R應同步強化，以符合國際社會的期待。除需強化3R的推廣、訓練及監督機制外，推動實驗動物的3R科學研究亦有其必要性。值得注意的是，開發新的實驗動物替代方法，需參考國際現有規範（例如：經濟合作暨發展組織，Organization for Economic Cooperation and Development；OECD），國內也需有替代方法驗證審查機制，才能符合國內外產品登記主管機關的要求，使研發之產品能順利商品化。

參考資料：
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2.    Christal Pollock, J Avian Med Surg. 2016 Dec; 30(4):386-391.
3.    Harry F. Harlow, Sci Am . 1959 Jun; 200(6):68-74. 
4.    https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/frisch-lecture.pdf
5.    Jarrod Bailey, Altern Lab Anim . 2018 Nov;46(5):291-305.
6.    John B. Calhoun, Proc. R Soc Med. 1973 Jan; 66(1 Pt 2):80-8.
7.    Nuno H. Franco, Animals (Basel). 2013 Mar 19; 3(1):238-73.
8.    Rachel Hajar, Heart Views. 2011 Jan; 12(1):42.
9.   Russell, W.M.S.; Burch, R.L. The Principles of Humane Experimental Technique; Methuen & Co. Ltd.: London, UK, 1959.

陳正文 博士
農業科技研究院