در سال 1937، یک شرکت دارویی آمریکایی اکسیر جدیدی را برای درمان گلودرد استرپتوکوکی معرفی کرد – و ناخواسته فاجعه‌ای در سلامت عمومی ایجاد کرد. این محصول که روی انسان یا حیوان آزمایش نشده بود، حاوی حلالی بود که مشخص شد سمی است. بیش از 100 نفر جان باختند.
سال بعد، کنگره قانون فدرال ایمنی غذا، دارو و لوازم آرایشی را تصویب کرد که شرکت های داروسازی را ملزم می کرد تا قبل از فروش داروهای جدید، داده های ایمنی را به سازمان غذا و داروی ایالات متحده ارائه دهند تا به آغاز دوره آزمایش سمیت حیوانی کمک کند.
اکنون، فصل جدیدی در توسعه دارو ممکن است آغاز شود. قانون نوسازی FDA 2.0 که در اواخر سال گذشته به تصویب رسید، به سازندگان دارو اجازه می‌دهد تا داده‌های اولیه ایمنی و اثربخشی را با استفاده از ابزارهای جدید با فناوری بالا، مانند اندام‌های مهندسی شده زیستی، اندام‌های روی تراشه‌ها و حتی مدل‌های کامپیوتری، به جای حیوانات زنده جمع‌آوری کنند. کنگره همچنین 5 میلیون دلار به FDA برای تسریع در توسعه جایگزین های آزمایش حیوانی اختصاص داد.
سایر آژانس ها و کشورها در حال انجام تغییرات مشابه هستند. در سال 2019، آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده اعلام کرد که آزمایش بر روی پستانداران را کاهش داده و در نهایت قصد دارد آن ها را حذف کند. در سال 2021، پارلمان اروپا خواستار طرحی برای حذف تدریجی آزمایشات حیوانی شد.
به گفته کارشناسان، این حرکت‌ها توسط ترکیبی از عوامل، از جمله دیدگاه‌های در حال تکامل نسبت به حیوانات و تمایل به ارزان‌تر و سریع‌تر کردن تولید دارو انجام شده است. اما چیزی که در نهایت آنها را امکان پذیر می کند، توسعه جایگزین های پیچیده برای آزمایش های حیوانی است.
هنوز برای این فناوری‌ها زود است، بسیاری از آنها هنوز نیاز به پالایش، استانداردسازی و اعتبارسنجی دارند تا بتوانند به طور معمول در تولید دارو مورد استفاده قرار گیرند. و حتی مدافعان این جایگزین‌ها اذعان دارند که آزمایش‌های حیوانی به این زودی‌ها ناپدید نمی‌شوند.
به گفته کارشناسان، اما شتابی برای رویکردهای غیر حیوانی ایجاد می شود، که در نهایت می تواند به سرعت بخشیدن به توسعه دارو، بهبود نتایج بیمار و کاهش بارهای تحمل شده توسط حیوانات آزمایشگاهی کمک کند.
نیکول کلاینستروئر، مدیر مرکز بین سازمانی برنامه ملی سم شناسی برای ارزیابی روش های سم شناسی جایگزین، گفت: “حیوانات به سادگی جایگزینی برای پیش بینی آنچه قرار است در انسان اتفاق بیفتد هستند.”
او افزود: «اگر بتوانیم به جایی برسیم که در واقع یک مدل کاملاً مرتبط با انسان داشته باشیم، پس دیگر به جعبه سیاه حیوانات نیازی نداریم.»
نگرش حیوانات
گروه های حامی حقوق حیوانات ده ها سال است که برای کاهش آزمایشات حیوانی لابی می کنند و استقبال فزاینده ای از مردم پیدا کرده اند. در نظرسنجی گالوپ در سال 2022، 43 درصد از آمریکایی‌ها گفتند که آزمایش‌های پزشکی روی حیوانات از نظر اخلاقی اشتباه است، در حالی که این آمار در سال 2001 26 درصد بود.
الیزابت بیکر، مدیر سیاست تحقیقاتی کمیته پزشکان برای پزشکی مسئول، یک گروه غیرانتفاعی که از جایگزین‌هایی برای آزمایش‌های حیوانی حمایت می‌کند، گفت: کاهش آزمایش‌های حیوانی برای بسیاری از افراد به دلایل مختلف اهمیت دارد. “اخلاق حیوانات در واقع یک محرک بزرگ است.”
اما تنها این نیست. آزمایش بر روی حیوانات نیز زمان‌بر، پرهزینه و در برابر کمبود آسیب‌پذیر است. توسعه دارو، به ویژه، مملو از شکست است، و بسیاری از داروهایی که در حیوانات امیدوارکننده به نظر می‌رسند، در انسان‌ها قابل استفاده نیستند. دکتر توماس هارتانگ، مدیر مرکز جانز هاپکینز برای جایگزین‌های آزمایش روی حیوانات، گفت: «ما موش‌های 70 کیلوگرمی نیستیم.
علاوه بر این، برخی از درمان های جدید بر پایه محصولات بیولوژیکی مانند آنتی بادی ها یا قطعات DNA هستند که ممکن است اهدافی خاص برای انسان داشته باشند.
دکتر هارتانگ گفت: «فشار زیادی وجود دارد، نه فقط به دلایل اخلاقی، بلکه به دلایل اقتصادی و واقعاً از بین بردن شکاف‌های ایمنی، برای انطباق با چیزهایی که مدرن‌تر و مربوط به انسان هستند».
(دکتر هارتانگ مخترع نام‌گذاری شده در پتنت دانشگاه جانز هاپکینز در زمینه تولید ارگانوئیدهای مغزی است. او سهام حق امتیازی را از شرکتی که مجوز این فناوری را صادر کرده است، دریافت می‌کند و با آن مشورت می‌کند.)
در سال‌های اخیر، دانشمندان روش‌های پیچیده‌تری برای تکرار فیزیولوژی انسان در آزمایشگاه ایجاد کرده‌اند.
آنها یاد گرفته‌اند که چگونه سلول‌های بنیادی انسانی را ترغیب کنند تا خود را در یک توده کوچک و سه بعدی به نام ارگانوئید جمع کنند که برخی از ویژگی‌های اساسی یک اندام خاص انسان مانند مغز، ریه یا کلیه را نشان می‌دهد. .
دانشمندان می‌توانند از این اندام‌های کوچک برای مطالعه زمینه‌های بیماری یا آزمایش درمان‌ها، حتی بر روی بیماران فردی استفاده کنند. در مطالعه‌ای در سال 2016، محققان از نمونه‌های سلولی بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک روده‌های کوچکی ساختند و سپس از ارگانوئیدها برای پیش‌بینی اینکه کدام بیماران به داروهای جدید پاسخ می‌دهند، استفاده کردند.
دانشمندان همچنین از چاپگرهای سه بعدی برای تولید ارگانوئیدها در مقیاس و چاپ نوارهایی از انواع دیگر بافت انسانی مانند پوست استفاده می کنند.
رویکرد دیگر متکی بر “ارگان های روی یک تراشه” است. این دستگاه‌ها که تقریباً به اندازه باتری‌های AA هستند، حاوی کانال‌های کوچکی هستند که می‌توانند با انواع مختلف سلول‌های انسانی پوشانده شوند. محققان می توانند داروها را از طریق کانال ها پمپاژ کنند تا نحوه حرکت آنها را در قسمت خاصی از بدن شبیه سازی کنند.
در یکی از مطالعات اخیر، شرکت بیوتکنولوژی Emulate که اندام‌ها را بر روی تراشه می‌سازد، از کبد روی یک تراشه برای غربالگری 27 داروی مورد مطالعه استفاده کرد. همه داروها آزمایش اولیه حیوانی را پشت سر گذاشته بودند، اما بعداً مشخص شد که برخی از آنها باعث ایجاد سمیت کبدی در انسان می شوند. محققان در دسامبر گذشته در Communications Medicine گزارش دادند که کبد روی یک تراشه با موفقیت 87 درصد از ترکیبات سمی را شناسایی کرد.
محققان همچنین می‌توانند سیستم‌های مختلف را با هم پیوند دهند، و قلب روی یک تراشه را به ریه روی یک تراشه به کبد روی یک تراشه متصل کنند تا بررسی کنند که چگونه یک دارو ممکن است بر کل سیستم متصل به هم اثر بگذارد. دکتر کلاینستروئر گفت: «من فکر می کنم آینده در اینجاست.
محاسبات مرکب
همه ابزارهای جدید به سلول های واقعی نیاز ندارند. همچنین مدل‌های محاسباتی وجود دارد که می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا ترکیبی با ویژگی‌های شیمیایی خاص احتمالاً سمی است، چه مقدار از آن به اندام‌های مختلف می‌رسد و با چه سرعتی متابولیزه می‌شود.
مدل ها را می توان برای نشان دادن انواع مختلف بیماران تنظیم کرد. برای مثال، یک تولیدکننده دارو می‌تواند آزمایش کند که آیا دارویی که در بزرگسالان جوان مؤثر است در افراد مسن که اغلب عملکرد کلیه‌شان کاهش یافته است، بی‌خطر و مؤثر است یا خیر.
جودیت مدن، کارشناس تست‌های شیمیایی مبتنی بر کامپیوتر در لیورپول جان، می‌گوید: «اگر می‌توانید با استفاده از یک مدل محاسباتی مشکلات را در اسرع وقت شناسایی کنید که شما را در مسیر اشتباه با این مواد شیمیایی نجات دهد. دانشگاه مورز (دکتر مدن همچنین سردبیر مجله Alternatives to Laboratory Animals است.)
دکتر مدن گفت که برخی از این رویکردها سال هاست که وجود داشته اند، اما پیشرفت در فناوری محاسبات و هوش مصنوعی آنها را به طور فزاینده ای قدرتمند و پیچیده می کند.
سلول های مجازی نیز امیدوار کننده بوده اند. به عنوان مثال، الیزا پاسینی، مدیر برنامه توسعه دارو در مرکز ملی جایگزینی، پالایش و کاهش حیوانات گفت، برای مثال، محققان می‌توانند سلول‌های قلب انسان را با استفاده از «مجموعه‌ای از معادلات که هر چیزی را که در سلول می‌گذرد توصیف می‌کند» مدل‌سازی کنند. in Research یا NC3Rs در بریتانیا.
در مطالعه ای در سال 2017، دکتر پاسینی، محقق آن زمان در دانشگاه آکسفورد، و همکارانش به این نتیجه رسیدند که این سلول های دیجیتالی در پیش بینی اینکه آیا ده ها داروی شناخته شده باعث ایجاد مشکلات قلبی در انسان می شوند، بهتر از مدل های حیوانی هستند.
دکتر پاسینی افزود، دانشمندان اکنون در حال ساخت کل اندام های مجازی هستند که در نهایت می توانند به یکدیگر متصل شوند و به نوعی انسان مجازی تبدیل شوند، اگرچه برخی از کارها در مراحل اولیه باقی مانده است.
کتی ویکرز، رئیس نوآوری NC3Rs، که در حال کار با دانشمندان و شرکت های داروسازی برای توسعه یک مدل دیجیتالی از سگ است که می تواند برای آزمایش سمیت دارو استفاده شود، گفت: در کوتاه مدت، یک حیوان آزمایشگاهی مجازی ممکن است دست یافتنی تر باشد.
دکتر ویکرز گفت: «هنوز یک فشار بزرگ برای توسعه یک سگ مجازی است. “اما این در مورد ایجاد این ظرفیت، ایجاد آن شتاب است.”
کاهش یا جایگزینی
به گفته کارشناسان، بسیاری از جایگزین های حیوانی بالقوه قبل از اینکه بتوانند به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند، نیاز به سرمایه گذاری و توسعه بیشتری دارند. آنها نیز برای خود محدودیت هایی دارند. برای مثال، مدل‌های رایانه‌ای فقط به اندازه داده‌هایی هستند که بر اساس آنها ساخته شده‌اند، و داده‌های بیشتری در مورد انواع خاصی از ترکیبات، سلول‌ها و نتایج نسبت به سایرین در دسترس است.
در حال حاضر، این روش‌های جایگزین در پیش‌بینی نتایج نسبتاً ساده و کوتاه‌مدت، مانند سمیت حاد، بهتر از روش‌های پیچیده و طولانی‌مدت هستند، مانند اینکه آیا یک ماده شیمیایی ممکن است خطر سرطان را در صورت استفاده در طی ماه‌ها یا سال‌ها افزایش دهد یا خیر. گفت.
و کارشناسان در مورد میزانی که این رویکردهای جایگزین ممکن است جایگزین مدل های حیوانی شوند، اختلاف نظر داشتند. دکتر کلاینستروئر گفت: «ما کاملاً برای آینده‌ای کار می‌کنیم که می‌خواهیم بتوانیم آنها را به طور کامل جایگزین کنیم.
اما برخی دیگر گفتند که این فناوری‌ها باید به‌عنوان مکمل و نه جایگزینی برای آزمایش‌های حیوانی در نظر گرفته شوند. متیو بیلی، رئیس انجمن ملی تحقیقات زیست پزشکی، یک گروه غیرانتفاعی که از استفاده مسئولانه از حیوانات در تحقیقات حمایت می کند، گفت: داروهایی که در ارگانوئیدها یا مدل های کامپیوتری امیدوارکننده هستند، هنوز باید روی حیوانات آزمایش شوند.
او گفت: «محققان هنوز باید بتوانند هر چیزی را که در یک موجودات پیچیده پستانداران اتفاق می‌افتد، ببینند، قبل از اینکه به آزمایش‌های بالینی انسانی بروند.»
نیکول زور نیدن، سم شناس رشدی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، گفت که با این حال، حتی این رویکرد محافظه کارانه تر نیز می تواند مزایایی داشته باشد، که گفت که او فکر می کند جایگزینی عمده آزمایش بر روی حیوانات غیرواقعی است.
به‌ویژه، او گفت، رویکردهای جدید می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا تعداد بیشتری از ترکیبات ناکارآمد و ناایمن را قبل از اینکه به آزمایش‌های حیوانی برسند، بررسی کنند. او گفت که این تعداد مطالعات حیوانی را که محققان باید انجام دهند و محدودیتی که حیوانات آزمایشگاهی در معرض مواد شیمیایی قرار دارند کاهش می‌دهد و افزود: «ما قادر خواهیم بود رنج حیوانات آزمایشی را بسیار کاهش دهیم.»