第 140 期 2006-03-09

研究發展
動物在科學應用的重要性

動物的實驗應用已成為生物醫學研究領域之不可或缺的科學範疇，它的應用可追溯到古希臘時期，亦是西方醫學的源起時期。西元前400年，醫學之父希臘Hippocrates即利用豬研究咽喉的吞嚥動作及觀察動物的心臟搏動時心房和心室如何交替地運動。由於其敏銳觀察力與實驗家精神，使得Hippocrates的行醫經驗與實驗結果推翻了當時認為疾病是由於惡靈所為之迷信。文藝復興時期，科學家亦重視動物的實驗應用，他們認為活體解剖對於獲得醫學知識及外科手術的練習很有幫助。十六、十七世紀的科學革命時期，經由活體解剖更清楚地證明了血液循環及淋巴系統的機制，引導出重要的生理學知識，十八世紀時許多於動物體進行的毒物作用實驗，亦促進了藥理學的發展。

第二次世界大戰後期，生物醫藥科學有了爆炸性的成長，醫學研究的進步、對藥品及食品管制的重視，使得實驗動物的使用大為增加，科學先進的英國、美國與日本相繼於1954、1966與1973頒佈與動物的實驗應用相關的法令，目前，英、美的法令訂定與執行更為嚴謹，同時提倡許多改善實驗動物使用的措施。由於1995年的流浪狗問題，台灣在國際輿論壓力下於1998年11月4日頒佈動物保護法，動物的科學應用亦被納入此法規範，經近幾年行政院農委會與中華實驗動物學會的努力，實驗動物的管理與科學應用已逐漸在台灣合理與合法化，實驗動物與相關技術的品質也將隨著提昇，希望因而增添實驗動物在科學應用上的有效價值。

實驗動物的實質貢獻可由歷年諾貝爾獎得主的研究中顯示，自1901年開始頒贈諾貝爾獎迄今，已有70年得獎主的研究成果為利用動物作實驗而得。例如: Emil Adolf von Behring 在1889到1894年研究白喉桿菌，利用天竺鼠發展出抗白喉的血清，於1901年獲頒諾貝爾獎；Alexis Carrel以狗研究並增進血管縫合技術，運用在血管或器官移植於1912年獲頒諾貝爾獎；Charles Jules Henri Nicolle利用猩猩研究傷寒，於1928年獲頒諾貝爾獎；Edgar Douglas Adrian以蛙研究發現神經原的作用，於1932年獲頒諾貝爾獎；Hans Spemann利用兩棲類觀察胚胎組織的分化形成，於1935年獲頒諾貝爾獎。1954年諾貝爾獎得主Enders, Weller與Robbins對小兒麻痺病毒的培養有所貢獻，其發展組織培養法以利病毒研究，並利用猴腎臟細胞培養poliovirus，他們的研究成果發展出減毒疫苗。Niels K. Jerne, Georges J.F. Köhler與César Milstein以小鼠研究發展單株抗體的技術，於1984年獲頒諾貝爾獎，目前已有治療癌症的單株抗體藥物上市；Joseph E. Murray和E. Donnall Thomas利用狗研究器官移植，於1990年獲頒諾貝爾獎，進而發展出以器官或細胞移植來治療人類疾病的技術。

另一方面，自十八世紀開始即有科學家進行毒物的研究，而促成藥理學的發展。在研發藥物時，將化合物投與實驗動物後，評估其於活體動物之毒性作用與毒、藥理作用的機制、觀察藥物之藥效學與動力學特性、決定適當的給藥途徑並驗證其可能的臨床應用與副作用等，進而決定該化合物的毒性、安全性及應用為藥物的可能性與價值。天然或人工的化合物，被應用為藥物之前，都須經過層層去蕪存菁的研究與評估過程。其他可能與人身體直接接觸的產品，如化妝品與殺蟲劑等，都需經過動物毒性試驗如皮膚敏感性等試驗，以確保其對人的安全無慮，方能上市銷售。可見動物的實驗應用廣泛，對於探索人體生理、增長醫學知識、促進人類健康與延長人類壽命有絕對不可抹滅的重要性。

以目前有限的醫學知識與科學技術，尚無法利用動物以外的其他實驗模式或方法完全取代動物實驗。然而，動物的實驗使用卻可以改善，應用實驗動物於科學研究時，通常考量以「Three Rs: Refinement, Reduction, Replacement」為原則。「Three Rs」為William Russell與Rex Burch於1959年所提出，「Refinement」-- 改善實驗方法以減輕實驗動物的痛苦；「Reduction」-- 減少動物使用量；「Replacement」-- 避免用活體動物作實驗，亦即用非活體動物實驗來替代。為落實『Three Rs』的精神，1998年11月頒佈的『動物保護法』規定所有應用脊椎動物於教學、科學研究與訓練的學校或研究單位，都需成立動物實驗管理小組 (Institutional Animal Care and Use Committee, IACUC)來監督實驗動物的使用。

中華實驗動物學會出版的『實驗動物管理與使用與指南』對於實驗動物的畜舍、照顧、餵食、清潔、通風以及實驗時的麻醉等，都有制定標準供參考，這些規範與指南會依相關科學新知不斷地修正，以改善實驗動物的使用，也確保實驗動物都能受到合理及人道的對待。基因與分子生物實驗方法、細胞培養和電腦模擬等，都是極佳的減少動物使用量的可能方法，但仍無法完全取代動物體所提供官能性、系統性與複雜性。目前的技術還未能完全模擬生物體內所有細胞之間的交互作用，遑論模擬組織或器官及其在活體內之相互影響。在毒性試驗上，替代實驗模式或許能提供初期的篩選，最終的功能性測試與毒性評估仍必須在活體動物內進行，以確保其安全。

動物活體試驗，可評估不同給藥途徑的藥物吸收程度與藥效、有無可逆性及長期投與藥物所造成的藥效活性或毒性。有些實驗若排除動物應用，而以人作為試驗對象，此為最直接且有效的實驗設計，但卻會面臨嚴重的道德問題，將可能導致試用人之健康與生命上的威脅。例如：發展新的治療模式、新藥物(化學合成藥物、疫苗、蛋白質藥物、胜肽藥物、單株抗體藥物等生物製劑)、新製劑劑型或配方等，在臨床試驗用於病人或健康者之前，須先以實驗動物評估其毒性、安全性及有效性。外科手術的教學訓練，除影片教學外，亦得利用實驗動物，萬萬不可以病人來熟練手術技巧。

實驗動物科學已成為獨立的一門基礎科學，實驗動物的研究發展，使得實驗動物研究的價值不僅限於生物醫藥研究方面，與許多應用科學的實驗研究也緊密地聯繫，成為現代科學與跨領域研究不可缺少的條件，已是衡量國家及學校與研究單位之教學與研究水平的重要因素。實驗動物的應用增進了許多生物醫學的基本知識、發明新的診斷設備與方法、發展新的藥物與醫材、學習與改善外科醫療技術及製造生物科技產品，為人類及動物的健康把關。若無實驗動物的使用，將會阻礙醫療的進步，不會有新藥發現、上市，許多病人將毫無痊癒的希望，人類的健康將失去保障。因此，使用實驗動物時，除必須遵守『動物保護法』，亦須依據『Three Rs』原則，致力於改善動物實驗的方法及動物的飼育條件，更應善盡人類的責任，珍惜實驗動物及其貢獻。
《文/圖：陳炯東，柯依廷，林意堅，陳錦萍》