實驗動物福利玩具的發(fā)展歷史以及在動物實驗中的重要意義
實驗動物是生命科學研究和生物醫(yī)藥產業(yè)重要的材料。實驗動物福利不僅是保障其健康和快樂生活，更是為了獲得準確的、可靠的、可重復的研究結果。本文敘述了實驗動物福利的發(fā)展歷程，介紹了新的科學技術對實驗動物福利的促進作用以及實驗動物福利要求對科學技術進步的推動作用，指出了中國實驗動物福利的不足之處。
動物的馴養(yǎng)和應用始終用伴隨人類社會的進步和發(fā)展，可以說，沒有對動物的合理利用就沒有現代人類社會。但是，對于幫助人類成為萬物之靈的“朋友”來說，人們很少關注它的生存環(huán)境和感受。相對于人類社會的發(fā)展歷史，對于動物福利的關注只有短短的100多年。從1822年英國國會通過《禁止虐待家畜法案》（馬丁法令）開始，動物自身的權益及相關事宜受到越來越多的關注，人類對待動物的態(tài)度才開始發(fā)生變化[1]。早期的動物福利主要針對受到殘忍對待的動物個體。而對實驗動物福利的3R 原則（replacement、reduction、refinement）是在1959 年由William Moy StrattonRussell和Rex Leonard Burch 在《The Principles fo Humane Experimental Technique》一書中第一次正式提出的，為實驗動物福利奠定了理倫基礎。實驗動物（laboratory animal）是為生命科學研究、生物制品生產和藥品檢定而出現的，是代替人類接受實驗的專用動物[2]。由于在科學探索會對動物產生不同程度的傷害，因此實驗動物福利理應受到更多的關注；實驗動物福利不僅是保障其健康和快樂生活，更是為了獲得準確、可靠、可重復的研究結果。同時，實驗動物福利的保障和發(fā)展也對科技技術進步發(fā)揮了巨大的推動作用。因此，對科學技術進步與實驗動物福利的探討將是人類社會發(fā)展中無法規(guī)避的主題。
1 實驗動物福利的概念及發(fā)展歷史
從1822年的《禁止虐待動物法令》開始，更多的人開始認識和關注動物福利，相繼出現許多動物福利與保護的法律法規(guī)。一些動物福利組織也陸續(xù)建立，如1824年建立的英國防止虐待動物協會（Societyfor the Prevention of Cruelty to Animals，SPCA），1840年建立的皇家反虐待動物協會（Royal Society for the Prevention of Cruelty toAnimals，RSPCA），1866年建立美國防止虐待動物協會（American Society for the Prevention of Cruelty to Animals，ASPCA）等。目前，世界上與動物福利相關的組織有數千個。但是這些組織更加關注經濟動物和伴侶動物的福利問題。1926年，Charles Hume創(chuàng)立了倫敦大學動物福利學會（University of London Animal WelfareSociety，ULAWS）并使用“ 動物福利（Animal Welfare）”一詞[3]。1938年，ULAWS成為了動物福利大學聯合會（Universities Federation of Animal Welfare, UFAW）。盡管如此，在之后很長一段時間內人們對動物福利的理解存在不同。Hughes（1976）認為，動物福利是一種動物與環(huán)境和諧相處的精神和身體健康狀態(tài)[4]。Carpenter（1980）認為，動物的生存不應受人類所提供的環(huán)境的影響[5]。1988年Fraser提出，動物福利的目的就是在極端的福利與極端的生產利益之間找到平衡點[6]�，F階段，實驗動物福利（Laboratory Animal Welfare）是指人類保障實驗動物健康和快樂生存權利的理念及其提供的相應的外部條件的總和[7]，它涵蓋了實驗動物飼育、動物實驗設計、動物實驗技術和實驗處理及安樂死的整個過程[6]。目前，無論是“動物福利”還是“實驗動物福利”都應滿足動物5項需求，即5大自由：1）享有不受饑餓的自由，滿足生理方面的需求如食物、溫度、光線等；2）享有生活舒適的自由，滿足環(huán)境方面的需求如有足夠的空間、遠離獵食動物的庇護所；3）享有不受痛苦、傷害和疾病的自由，滿足行為方面的需求如筑巢、冬眠和覓食等；4）享有無恐懼的生活和悲傷感的自由，滿足心理方面的需求如免于枯燥、有刺激等；5）享有表達天性的自由，滿足社會性方面的需求如獨居或群居、求偶[8]。目前，實驗動物福利相關的機構在世界上也有數百個。國際實驗動物評估和認可管理委員會（America Association for Accreditation of Laboratory Animal CareInternational，AAALAC）是最廣為人知的實驗動物機構，該組織最初是1950 年在美國建立的動物管理小組（Animal Care Pannel，ACP）。AAALAC International 就是為了促進科學領域人道地善待動物。
中國實驗動物福利工作起步比較晚，但發(fā)展較為迅速。相繼建立幾十個實驗動物福利保護相關組織，如中國實驗動物學會和各省級實驗動物學會、協會等。也建立了中國醫(yī)學科學院醫(yī)學實驗動物研究所和中國食品藥品檢定研究院實驗動物資源研究所等實驗動物專業(yè)研究機構，他們以提高實驗動物質量，保障科研為出發(fā)點，在實驗動物福利的研究和保護方面發(fā)揮了重要作用。在注重自身實驗動物福利發(fā)展的同時，國內實驗動物相關機構逐漸與國際接軌，目前，國內已有60多機構通過了AAALAC評估和認可[9]。
2 實驗動物福利的要求
實驗動物是科學研究重要的綜合支撐條件，而實驗動物福利是保障研究結果科學性、真實性、一致性、可靠性和可重復性的重要保證。動物福利涵蓋的動物自身因素（如動物種類、動物遺傳、性別、年齡等因素）、環(huán)境因素（環(huán)境的溫度、濕度、氣流速度和換氣次數、光照周期及照度、噪音和粉塵等）、營養(yǎng)因素（實驗動物營養(yǎng)需求與飼料平衡、飼料感官與口味、飼料衛(wèi)生與儲存、實驗動物飼喂方式等）、技術因素（保定、麻醉、實驗樣品的給藥技術、手術、手術后的護理、采樣、臨床觀測、檢測、病理、安死術等）等[6]。在不同的社會發(fā)展階段對實驗動物福利的理解存在不同，對于實驗動物福利要求也存在發(fā)展和演化的過程。1947年，UFAW發(fā)表了實驗動物管理和使用的手冊，這是第一部實驗動物福利具體求的指南。在1950 年由Christine Stevens 創(chuàng)辦動物福利研究所（AnimalWelfare Institute，AWI）在使用實驗動物的研究團體對待動物福利、改善動物設施及動物飼養(yǎng)管理等具體措施方面也做出重要貢獻�？傮w而言，實驗動物福利涵蓋了實驗動物從出生到死亡的整個過程，可以劃分為實驗前和實驗后兩個主要的部分。其實驗前主要滿足動物的生理、心理和行為需求，保證動物健康快樂的生活，保障科研數據的可靠性、可重復性。實驗后無痛苦的安樂死等。也就是從生到死的盡量減少實驗動物不必要的痛苦、不安的過程。現實工作中，研究人員為了追求實驗的真實性、準確性和可靠性，對實驗動物的遺傳學質量、微生物學質量和寄生蟲學質量進行嚴格控制。為了獲得高質量的實驗動物，人們?yōu)閷嶒瀯游锾峁┝藰O其優(yōu)越的生活條件和生活環(huán)境。如國內陸續(xù)發(fā)布了相關的國家標準、地方標準、企業(yè)標準和大量的技術規(guī)范[10]。在客觀上最先滿足了實驗動物在這方面的福利的要求，但是在滿足動物心理和行為需求的方面仍然存在不足。在動物 實驗方面，AWI于1955年發(fā)表的Comfort Quarters手冊提出動物實驗的9條原則前提：1）沒有其他替代方式；2）實驗者必須經過廣泛采集閱讀文獻和精心設計實驗；3）盡可能使用最小數量的動物用于實驗；4）采用最為適合的動物種類；5）動物被飼養(yǎng)在最佳的環(huán)境中；6）飼養(yǎng)人員具有足夠的職業(yè)訓練以及對動物的憐憫同情心；7）采用合適的麻醉、止痛和鎮(zhèn)痛方式來緩解實驗中的疼痛、恐懼和焦慮；8）危險物種不能用于實驗；9）具有潛在威脅的物種只有在極為必需的情況下才能被允許使用。這些原則實際上成為至今動物福利倫理審查的基本要素[11]。1959年，Russell和Burch在總結之前研究的基礎上提出了著名的動物實驗3R原則，即減少（reduction）、替代（replacement）及優(yōu)化（refinement）[12]，3R原則對實驗動物福利的保障具有重要的指導意義，已經幾乎成為實驗動物福利的代名詞。減少是指通過使用適合的動物品種、品系和高質量的實驗動物，改進實驗設計、規(guī)范實驗動物操作程序等，減少試驗的次數和試驗用的動物，同時保證數據信息的數量和精確度。替代是指使用其他方法而不用動物進行的試驗或研究，或是使用沒有知覺的試驗材料代替神志清醒的活的脊椎動物進行試驗的科學方法，包括：低級動物代替高級動物、小動物代替大動物；用組織學、分子生物學、人工合成材料、利用數學和計算機模擬及物理、化學和信息技術等方法替代動物實驗；優(yōu)化是指在必須使用動物時，通過改進條件，善待動物，提高動物福利，避免或減輕給動物造成的與實驗目的無關的疼痛和緊張不安的科學方法。經濟合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）依據3R原則，在動物實驗方面共做出了54項具體規(guī)定，對動物實驗做了更為細致的要求[13]。
3 新的科學技術推動了實驗動物福利進步
生命科學研究和生物醫(yī)藥等相關領域的產品研制與安全性測試不可避免地涉及大量的動物實驗，其生理和心理狀態(tài)對實驗結果均有很大的影響，而實驗動物福利工作是研究結果的重要保障。實驗動物受到的福利損害主要來自兩個方面，首先是來自動物飼養(yǎng)和繁殖過程中單調和枯燥環(huán)境產生的慢性效應的累積；再者，即為實驗相關的操作，如動物抓取和保定、分組和編號、除毛和麻醉、給藥和取材及安樂死等。這些福利損害均可以通過技術進步和標準化提高。3.1 改善實驗動物環(huán)境——獨立通氣籠
具實驗動物繁育和實驗環(huán)境對動物的福利有最直接的影響，環(huán)境因素，包括：溫度、濕度、光照、氣流速度、空氣潔凈度、噪聲、飼養(yǎng)密度等。實驗動物設施已經從普通環(huán)境、屏障環(huán)境和隔離環(huán)境發(fā)展到獨立換氣凈化籠具（individually ventilated cages，IVC）（圖1）。IVC是一種微型隔離技術，通過向動物飼養(yǎng)籠具內部輸送經過初、中、高效過濾的空氣，以獲得潔凈度空氣（圖2）。與傳統(tǒng)設施相比，IVC系統(tǒng)具有降低勞動強度、操作簡便、保護飼育工作人員的健康、占地面積小、能源消耗低等優(yōu)點[14]。此外，IVC系統(tǒng)對于種群內病原體的傳播有很好隔離作用，不但保證了動物的健康，也提高了從業(yè)人員的安全性。隨著計算機技術廣泛應用，已經能夠對規(guī)模化實驗動物環(huán)境設施和設備進行系統(tǒng)控制與管理[15]。
3.2 實驗動物環(huán)境豐富——實驗動物玩具
生活在一個利于其表達天性的環(huán)境中，保證實驗動物心情愉悅、情緒穩(wěn)定，是保障實驗動物福利的一個重要方面。人工飼養(yǎng)環(huán)境與動物的自然生活環(huán)境有很大不同，動物天性的發(fā)揮依賴于環(huán)境。因此，在人工飼養(yǎng)動物時，要盡可能根據動物的特性，進行環(huán)境豐富即模擬動物的自然生活環(huán)境（如社會性群居動物應考慮動物之間相互的溝通），包括設施結構、附加的裝置、器具、材料、玩具等；也可以通過輪換或更新物品以保持環(huán)境豐富化的程度�？蒲泄ぷ髡吒鶕煌瑢嶒瀯游锲贩N的創(chuàng)造和發(fā)明了很多實驗動物的福利器械。如嚙齒類動物的玩具一定程度上模擬動物的自然生活環(huán)境，可以讓實驗動物充分發(fā)揮天性，緩解緊張情緒、改善繁殖環(huán)境、避免個體間相互攻擊、提高提高繁殖率[16]（圖3）。由于犬類實驗動物源自人類飼養(yǎng)動物，因此對于福利器械具有更高的要求，如尼龍咬繩、橡膠咬球咬棒等，犬類玩具不但能夠滿足其天性，還有助于清理口腔去除牙垢，預防疾�。▓D4）。非人靈長類動物一般活動力強，智商較高，具有很強的模仿力，非人靈長類玩具可促進動物心健康，減少動物異常行為發(fā)生，易獲得可靠實驗數據，對靈長類動物福利有積極作用。
3.3 提高實驗動物質量——檢測技術
實驗動物健康不僅是實驗結果準確性的保證，也是實驗動物福利具體要求。國內主要質量檢測方法和主要病原均按照國家標準執(zhí)行。技術方法以細菌學、免疫學、酶學、病毒學等技術為主，通常采用細菌培養(yǎng)、ELISA、免疫熒光、免疫酶和血凝、血凝抑制等技術。隨著技術進步和實驗動物福利的要求，新的檢測方法不斷被建立，動物福利保障水平不斷提高。現有國家標準檢測技術均建立在手術和處死動物的基礎上。隨著技術進步，DNA檢測技術可以利用血液或部分組織進行遺傳質量檢測。DNA檢測技術具有速度快、準確性好等突出優(yōu)點，可以有效保障和提高實驗動物福利。已經建立封閉群長爪沙鼠、灰倉鼠、小型豬、貓等實驗用動物的遺傳質量檢測方法[17]。DNA檢測技術還應用在實驗動物微生物和寄生蟲檢測的等領域�，F已在細菌（金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、綠膿桿菌、鼠棒狀桿菌、泰澤氏病原體、螺桿菌、支原體和真菌等）、病毒（小鼠肝炎病毒、仙臺病毒、鼠痘病毒和漢坦病毒等）、寄生蟲（弓形蟲等）等方面建立檢測PCR或熒光定量PCR方法[18]。
3.4 預防和監(jiān)控實驗動物疾病——哨兵動物
實驗動物檢測方法是在隨機抽樣的基礎上進行的。但是實驗動物設施中多使用隔離器、層流架、IVC等使得疾病傳播率很低而且流行或分布不均勻，即便是在開架飼養(yǎng)的動物種群中抽樣很難做到真正隨機，降低檢測的有效性。哨兵動物設立則盡最大可能地暴露給動物設施中的微生物（主要是將每盒動物所產生的臟墊料放入哨兵動物的飼養(yǎng)環(huán)境中，使其與哨兵動物充分接觸），通過對哨兵動物的檢測反應動物種群的健康狀況或者其微生物感染狀況。哨兵不干擾在繁育和科研的動物，減少了隨機抽樣的動物數量，最大可能監(jiān)控核心種群的健康，保障動物福利[19]。
3.5 縮小動物實驗范疇——替代技術
3R原則可以理解為“通過優(yōu)化實驗方案和發(fā)展替代技術，達到減少實驗動物的目的”�？梢哉f，替代技術是實驗動物福利的重要途徑。美國于1981年建立了動物測試用替代物中心(centerfor alternatives to animal testing，CAAT) ，用于開發(fā)整體動物的替代物以解決產品研制和安全性測試過程中的實驗動物福利問題。生命科學是21世紀發(fā)展最快速的學科，與實驗動物相關的替代技術也在蓬勃發(fā)展。使用微生物、細胞、組織、器官，甚至電子計算機模擬等不會產生痛苦等情感的實驗材料代替活體動物，或使用低等無脊椎動物替代高等哺乳類動物進行試驗，可以獲得相近的實驗結果。
3.5.1 細胞試驗技術
長期以來，科研工作者把細胞培養(yǎng)看作是動物實驗最有希望的替代載體。用細胞替代動物進行相關實驗，細胞實驗的條件易于控制，進而減少影響因素。例如采用空斑實驗代替小鼠試驗用于TBE病毒的定量檢驗，該方法重復性好，敏感性比小鼠試驗提高400倍，減少實驗動物的使用量，同時，檢驗方法的試驗條件易于控制，達到標準化的要求[20]。為能更好地模擬藥物在體內的作用，可使用人體細胞培養(yǎng)成具有一定組織器官結構的3D細胞模型。
3.5.2 轉基因動物
由于很多生物制品的生物活性與種屬和/或組織特異性相關，安全性評價不能按照標準毒性實驗設計方案采用常規(guī)的動物（如大鼠、犬），而應該使用相關種屬的動物（具有相關受體）。使用不相關種屬動物進行毒性實驗可產生誤導，甚至得出相反的結論。但是隨著轉基因和基因編輯（TALENs、ZFNs和CRISPR-Cas9）技術的普及，使用表達相關或不表達相關受體的相關轉基因動物（圖5）。如在脊髓灰質炎減毒活疫苗的質量檢定中，由于其他動物不敏感，只能應用靈長類動物。為此，在人類脊髓灰質炎病毒受體（PVR）基因的核酸結構得到認證的基礎上，科學家建立了攜帶人脊髓灰質炎病毒受體基因的轉基因小鼠（Tg PVR），用于脊髓灰質炎病毒疫苗的神經毒試驗。結果表明：轉基因小鼠接種疫苗病毒后，臨床觀察結果和組織病理檢查結果是一致的，而且小鼠的臨床癥狀遠比猴體試驗中猴子的臨床癥狀出現頻率高，易于觀察[21]。甚至僅用臨床觀察結果即可判定出疫苗制品或病毒樣品的神經毒力狀況。這一結果在參加WHO合作驗證的國家中主要實驗室得到了驗證。轉基因小鼠的建立與應用，解決了靈長類動物來源困難、動物標準化程度低和使用管理方面隱含的一系列問題。這是利用低等動物代替高等動物的一個成功范例。需要注意的是，轉基因動物制作和應用引發(fā)的實驗動物福利和倫理問題。
3.5.3 低等生物體
在某些情況下，使用低等生物，如細菌、真菌、昆蟲、軟體動物或水生動物，可以減少高等動物的使用量。這是體現動物福利，特別是替代的一個主要方面。低等動物神經系統(tǒng)的發(fā)達程度遠不如高等動物，不會引起疼痛、痛苦等，用低等動物代替高等動物屬于動物實驗的相對替代方法。如斑馬魚繁殖能力強，受精是在體外進行，受精后24 h內胚胎就已長出主要的組織器官，胚胎透明，便于觀察其發(fā)育狀況。因此，斑馬魚不僅成為發(fā)育生物學研究的重要模式動物之一，而且也愈來愈多的被用于環(huán)境污染監(jiān)測和藥物安全性評價。2003年，劍尾魚（RR-B）系通過全國水產原良種審定委員會的審定，成為第一個具有中國自主知識產權的水生實驗動物品系，在水環(huán)境監(jiān)測、水產藥物安全性評價、化妝品毒性檢測、動物疾病模型等領域具有廣泛的用途[22]（圖6）。
3.5.4 生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)
生物制品在科學研究和臨床應用等方面具有廣泛的用途。但在生物制品生產時仍需要大量的動物。以單克隆抗體（McAb）為例，多數歐洲國家（如，荷蘭、瑞典、英國）限制使用動物進行McAb生產。生物反應器技術解決了這一難題。這些體外系統(tǒng)，以微載體、微包囊法在體外大規(guī)模高密度培養(yǎng)雜交瘤細胞，再通過相關的純化手段濃縮純化制備抗體，具有經濟、簡便、高效實用和良好的可放大性。同時，避免使用動物進行McAb生產，大大降低了實驗動物使用量。
3.5.5 計算機模擬
計算機技術已經廣泛應用于各個領域，利用計算機建立起許多生理生化、病理和毒理過程的數學模型，根據有機體的各項生理參數、藥物的化學特性及其代謝潛力，預測藥物在體內的吸收、分布、代謝或者毒性等特性，利用這種方法還可以預測藥物作用的靶組織（器官）及其可能的毒性。動物實驗結果表明，這些模型能夠預測物質的一種或多種性質，其準確度可達70%~85%，特別是在化合物合成之前進行分析，可提高藥品研發(fā)的速率，能夠一定程度上替代整體動物實驗，減少動物的使用量[23]。
盡管替代方法還不能代替所有的動物實驗，但可以在研究過程中的不同階段或不同試驗步驟中使用不同的實驗方法。可以根據前期替代方法所獲數據，決定之后動物實驗是否進行。這種研究思路可以推動替代方法在更大的范圍內得到使用，避免了因不能全部替代動物實驗而使替代方法被放棄的尷尬局面。替代技術的發(fā)展可以減少實驗動物使用量。
3.5.6 減少動物實驗重復
科學研究是數據采集、累積、整合、保存和共享的過程�？茖W數據的不斷累積和共享帶來了科學技術的進步。原有的研究結果和數據是通過紙質文獻和著作傳播。隨著信息技術的進步和發(fā)展，電子化、網絡化的傳播成為了數據資源傳播的主要途徑，各種類型的數據資源通過信息技術被轉化成計算機能夠處理的編碼形式進行保存和展示。極大地推動力科學技術的進步。對于動物實驗相關科學數據的共享利用，可以大大降低動物實驗重復次數，踐行了減少、優(yōu)化、替代的動物福利理念。許多國家相繼建立諸多實驗動物專業(yè)網站，如美國Baylor 醫(yī)學院小鼠基因組中心（http://www.mouse-genome.bcm.tmc.edu），英國醫(yī)學研究委員會小鼠基因組中心（http://www.mgu.har.mrc..uk/facilities/mutagenesis/mutabase/），美國Jackson Lab（http://www.jax.org），美國實驗動物科學技術學會（AALAS）（http://www.aalas.org）。中國實驗動物相關網站建設開始于2000年，科技部批準成立中國實驗動物信息網（http://www.lascn.com），成為中國實驗動物信息發(fā)布和共享的主要窗口。2005年，國家自然科技資源共享平臺實驗動物資源數據庫建成并開始運行（www.lasdr.cn），平臺中保存了大鼠、小鼠、猴、犬、雞、鴨、兔、豬、金黃地鼠、長爪沙鼠、豚鼠、樹鼩等各品種品系實驗動物的生理、生化、解剖、遺傳等資源數據，成為國內保存實驗動物生物學特性數據最為豐富的資源數據庫。此外中國各地方數據平臺也開始建立，例如廣東實驗動物（www.labagd.com）、北京實驗動物信息網（www.baola.org）、上海市實驗動物資源信息網（www.la-res.cn/la-res/website/index.jsp）、湖南省實驗動物信息網（www.hnlast.org.cn）、江蘇實驗動物等。這些網站與實驗動物相關的論壇、博客、微信群等共同組成了實驗動物信息交流和數據共享平臺。這些科學數據的交流共享平為動物實驗提供了優(yōu)化方案，可以避免不合理的實驗，在減少動物使用方面發(fā)揮重要的作用；通過實驗動物信息交流，選用適合的材料、儀器開展動物實驗，可以減少對動物的刺激和減輕動物的痛苦；采用科學、規(guī)范的手段采集、整理、統(tǒng)計、分析數據，真實、有效地反映實驗結果，可以避免多次重復實驗，減少動物用量；不僅如此，大量的實驗數據整合還為計算機模擬提供基礎數據。
4 實驗動物福利要求促進了科學技術進步
愛因斯坦指出：“對動物的人道是人類所繼承的最高貴的美德，只有關懷到所有感知力的生命時，我們的道德才能提升到最高的層次。”實驗動物福利不僅是研究結果準確性的重要保障，也是深深地影響了科研工作者對科學問題的理解和認識[24]。
4.1 清醒動物模型
動物模型經常被分為麻醉動物模型和清醒動物模型。麻醉動物模型是較為傳統(tǒng)的模型，具有實驗操作簡單、費用較少、對動物的損傷較小的特點[25]。現階段大部分動物研究成果是基于麻醉動物模型獲得的。但是麻醉動物模型具有一些不足支出。一方面，麻醉劑會對影響動物的生理水平和狀態(tài)。動物在麻醉狀態(tài)下，其生理參數會因為麻醉藥物的種類和麻藥劑量的不同而產生不同的結果，容易產生假陽性或假陰性的錯誤結果；另一方面，麻醉模型只適用于短時間的動物生理參數的測量，不能開展長期連續(xù)的動物實驗，因此具有很大的局限性。已有很多實驗證明清醒動物和麻醉動物生理參數具有差異性。美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）在安全藥理實驗指導原則中指出，當進行動物體內研究時，建議使用未被麻醉的動物，尤其當麻醉動物和清醒動物對動物藥效有較大差異時，必須選擇清醒動物開展實驗。清醒動物模型是在清醒無束縛的狀態(tài)下監(jiān)測實驗動物的生理參數，避免或減少了動物的應激反應和不適。不但避免了麻醉劑對動物的影響，而且可以在無束縛狀態(tài)下長期、連續(xù)動態(tài)的監(jiān)測動物的各項生理參數。清醒動物模型的實現是科技進步的發(fā)展要求，不但是動物福利的最大保證，而且更加真實數據也將改變科研工作者對科學問題的理解和認識。
4.2 實驗動物分子影像技術在實驗動物福利要求的下，科學研究水平不斷提高。在傳統(tǒng)影像技術的基礎上發(fā)展而成的分子影像技術具有一定代表性。分子影像技術是指在分子水平上反映生物體生理、病理變化的特異性成像技術，主要包括生物發(fā)光成像（bioluminescence imaging，BLI）和熒光成像（fluorescence imaging，FMI）等方法，采用熒光素酶（Luciferase）基因和熒光報告基因（GFP、RFP、Cyt及dyes等）進行標記，利用一套靈敏的光學檢測儀器，直接監(jiān)控活體生物體內的細胞活動和生物分子行為[26]。分子影像技術可作為模型分期診斷的定位、定性、定量的可靠依據，能夠反映細胞或基因表達的空間和時間分布，可對表型進行直接觀測和定量分析，從而了解活體動物體內的相關生物學過程、特異性基因功能和相互作用，可以對同一個體進行長時間反復跟蹤成像，既可以體現數據的可比性，又可以避免個體差異對試驗結果的影響，在轉基因動物模型構建、藥效評估和預臨床檢驗等方面發(fā)揮了重要作用[27]（圖7、圖8）。相對于傳統(tǒng)動物實驗技術，可以避免由于宰殺動物而造成的組間差異，從而減少動物的疼痛和使用數量。分子影像技術可在滿足動物福利的前提更加真實地反應完整的實驗過程，必將有效推動人類對未知科學問題的認知。
4.3 實驗動物微創(chuàng)技術
外科手術是動物實驗中不可或缺的部分，而外科手術不但會對動物的正常組織結構、生理功能產生影響，必將波及其他非靶器官造成非目的效應，如炎性反應、出血、創(chuàng)傷、疼痛等，這些反應將很大程度上干擾實驗結果和動物的精神狀態(tài)，同時也引起動物福利問題。微創(chuàng)技術是當今醫(yī)學領域發(fā)展最快的學科方向之一，微創(chuàng)技術為外科手術創(chuàng)傷“微小化”的追求開辟了一條新的途徑，可以極大地降低外科操作的創(chuàng)傷反應。微創(chuàng)技術主要包括內鏡、腔鏡、超聲引導、放射介入等技術，它的終極目標是通過各種技術，最大程度地減少手術對機體的影響。微創(chuàng)技術在動物實驗研究中的應用將推動動物實驗福利倫理問題的改善以及科學研究結果的準確性。微創(chuàng)技術充分體現了科技進步推動“珍視生命”的實驗動物福利理念[28]。
1998年，Jane Goodall在《Science》發(fā)表的文章中提到，盡管動物具有復雜的交往方式，但是它們的心靈與我們相似，只是作為萬物之靈的人類無法感知[29]。人類發(fā)展史不斷地從野蠻走向文明。當人們以極不文明的方式對待與人類一樣具有悲喜感受的動物時，文明僅僅是一個遙遠的目標。實驗動物是人類科學技術進步的階梯。在保障實驗動物福利促進了科學技術的發(fā)展同時，科學技術的發(fā)展也推動了實驗動物福利的進步。實驗動物福利與科學技術進步相輔相成。
5 中國實驗動物福利保護的差距與不足
中國具有悠久的傳統(tǒng)文化，崇尚“萬物各得其和以生，各得其養(yǎng)以成”的人與自然和諧共處的原則，也很好地闡明了人與動物的關系。這與實驗動物福利保護的思想和意識有異曲同工的之處。盡管人類為了自身社會發(fā)展利用實驗動物進行科學實驗，但是我們還是可在最大程度上保證它們應有的生活條件和尊嚴。在中國，由于實驗動物福利發(fā)展起步較晚，社會、經濟、倫理及科學發(fā)展水平及人們對實驗動物福利的重要性認識程度不高，在實驗動物生產、管理及使用（動物實驗）過程中，普遍存在重視動物實驗結果，而忽視實驗動物福利現象。
5.1 實驗動物福利立法不足
從美國1966年通過的《動物福利法》開始，有163個國家相繼頒布了263部有關動物福利和動物保護方面的法律和法規(guī)，并有專門的組織機構監(jiān)督強制執(zhí)行。有些國家實驗動物福利法規(guī)非常嚴格，如果發(fā)現可能對動物產生痛苦、壓抑、折磨的行為，政府將立刻勒令停止實驗，關閉實驗室或是把行為的實施人送上法庭。中國的實驗動物福利法律體系以《實驗動物管理條例》為核心，以《關于善待實驗動物的指導性意見》為具體要求。這些法規(guī)是以促進國際貿易為目的，不但不符合實驗動物福利的真正目的，而且存在法律效力低的問題。同時，這些法規(guī)條款中原則性語句較多、具體操作指導較少。盡管《關于善待實驗動物的指導性意見》中有所改善，但是其可操作性和指導性也沒能著重體現。這對于動物實驗的實施者來說，無疑是一個現實障礙。此外，中國相應法規(guī)中對違反實驗動物福利的懲罰力度弱。對于傷害等違反實驗動物福利行為的處罰還只是警告、經濟處罰、責令改正、吊銷執(zhí)照等輕微的行政處罰，這樣的規(guī)定無法全面的保護實驗動物的福利。立法不足是中國實驗動物福利最重要的瓶頸問題。
5.2 實驗動物福利保護發(fā)展不平衡
中國根據經濟科技發(fā)展存在很大的地區(qū)不平衡顯現，其中長三角地區(qū)、珠三角區(qū)域和京津冀地區(qū)經濟科技發(fā)展比較好，實驗動物福利的保護理念和執(zhí)行力度好，通過AAALAC的評估與認證的機構相對集中。國內一流大學、大型科研機構以及醫(yī)藥安全評估機構往往國內外交流比較多，其科技技術站在前沿和經費也比較充足，其實驗動物福利的保護理念在前沿，其實驗動物福利保護的技術領先，而且具備技術創(chuàng)新的基礎；從實驗動物設施建設到實驗動物飼養(yǎng)管理，從課題計劃的實驗動物福利倫理評估審查到課題動物實驗過程的監(jiān)督管理直至課題完成后的總結與提高都有監(jiān)督與管理均較為完備。經濟發(fā)展較慢的地區(qū)實驗動物福利的保護理念和執(zhí)行力度存在明顯不足。實驗動物福利要求僅僅停留在課題計劃的福利倫理評估審查階段。
5.3 實驗動物福利保護工作重視不足
實驗動物福利的保護貫穿動物實驗的全部過程，具體體現在實驗動物使用的相關技術和管理人員的具體工作中。因此科研工作者的實驗動物福利的保護理念和認識的提高顯得非常重要，許多工作人員對實驗動物福利的理解只停留在“實驗動物福利”的概念上，沒有從更廣更深的程度去理解實驗動物福利保護的意義，機構重視程度不足。盡管政府實驗動物管理部門在實驗動物設施許可證管理中要求必須有實驗動物倫理與福利的相關內容，但多數機構僅僅停留在課題項目的評估與審查階段，沒有關注到動物實驗過程的管控。也有許多機構存在僅僅走走過場的現象，把它當成一個負擔去完成工作。甚至一些實驗動物機構后補實驗動物福利相關記錄的現象，只是勉強應付差事而已。
實驗動物福利的保護是生命科學研究與生物醫(yī)藥產業(yè)中的重要工作，需要扎扎實實的進行。首先，建立實驗動物福利的法律體系，強化執(zhí)法力度。繼續(xù)完善實驗動物福利相關的指導法規(guī)，持續(xù)推進與實驗動物福利的相關標準，以指導實驗動物福利的工作的完善與進步，不斷充實在實驗動物設施許可工作中要求實驗動物福利的相關內容。其次，強化實驗動物福利與倫理在生命科學的立項、課題評審和獎項評審中關鍵地位，對于不能滿足實驗動物福利的課題不予立項和評審。第三，加大實驗動物福利的管理和培訓工作，加大宣傳力度，充分利用實驗動物相關的民間組織如學會和協會，加強實驗動物福利的學術交流及各種形式的培訓工作。達到宣傳目的，引起更多相關人員的重視；建議成立相關的民間組織-中國實驗動物倫理與福利工作專業(yè)委員會，推進加強實驗動物福利保護技術工作的國內外學術交流、培訓和管理工作的經驗交流；最后，適時啟動中國認可委員會的實驗動物福利認證工作，將中國的實驗動物福利保護工作推向更高水平。
關鍵詞 實驗動物；實驗動物福利；3R原則
動物的馴養(yǎng)和應用始終用伴隨人類社會的進步和發(fā)展，可以說，沒有對動物的合理利用就沒有現代人類社會。但是，對于幫助人類成為萬物之靈的“朋友”來說，人們很少關注它的生存環(huán)境和感受。相對于人類社會的發(fā)展歷史，對于動物福利的關注只有短短的100多年。從1822年英國國會通過《禁止虐待家畜法案》（馬丁法令）開始，動物自身的權益及相關事宜受到越來越多的關注，人類對待動物的態(tài)度才開始發(fā)生變化[1]。早期的動物福利主要針對受到殘忍對待的動物個體。而對實驗動物福利的3R 原則（replacement、reduction、refinement）是在1959 年由William Moy StrattonRussell和Rex Leonard Burch 在《The Principles fo Humane Experimental Technique》一書中第一次正式提出的，為實驗動物福利奠定了理倫基礎。實驗動物（laboratory animal）是為生命科學研究、生物制品生產和藥品檢定而出現的，是代替人類接受實驗的專用動物[2]。由于在科學探索會對動物產生不同程度的傷害，因此實驗動物福利理應受到更多的關注；實驗動物福利不僅是保障其健康和快樂生活，更是為了獲得準確、可靠、可重復的研究結果。同時，實驗動物福利的保障和發(fā)展也對科技技術進步發(fā)揮了巨大的推動作用。因此，對科學技術進步與實驗動物福利的探討將是人類社會發(fā)展中無法規(guī)避的主題。
1 實驗動物福利的概念及發(fā)展歷史
從1822年的《禁止虐待動物法令》開始，更多的人開始認識和關注動物福利，相繼出現許多動物福利與保護的法律法規(guī)。一些動物福利組織也陸續(xù)建立，如1824年建立的英國防止虐待動物協會（Societyfor the Prevention of Cruelty to Animals，SPCA），1840年建立的皇家反虐待動物協會（Royal Society for the Prevention of Cruelty toAnimals，RSPCA），1866年建立美國防止虐待動物協會（American Society for the Prevention of Cruelty to Animals，ASPCA）等。目前，世界上與動物福利相關的組織有數千個。但是這些組織更加關注經濟動物和伴侶動物的福利問題。1926年，Charles Hume創(chuàng)立了倫敦大學動物福利學會（University of London Animal WelfareSociety，ULAWS）并使用“ 動物福利（Animal Welfare）”一詞[3]。1938年，ULAWS成為了動物福利大學聯合會（Universities Federation of Animal Welfare, UFAW）。盡管如此，在之后很長一段時間內人們對動物福利的理解存在不同。Hughes（1976）認為，動物福利是一種動物與環(huán)境和諧相處的精神和身體健康狀態(tài)[4]。Carpenter（1980）認為，動物的生存不應受人類所提供的環(huán)境的影響[5]。1988年Fraser提出，動物福利的目的就是在極端的福利與極端的生產利益之間找到平衡點[6]�，F階段，實驗動物福利（Laboratory Animal Welfare）是指人類保障實驗動物健康和快樂生存權利的理念及其提供的相應的外部條件的總和[7]，它涵蓋了實驗動物飼育、動物實驗設計、動物實驗技術和實驗處理及安樂死的整個過程[6]。目前，無論是“動物福利”還是“實驗動物福利”都應滿足動物5項需求，即5大自由：1）享有不受饑餓的自由，滿足生理方面的需求如食物、溫度、光線等；2）享有生活舒適的自由，滿足環(huán)境方面的需求如有足夠的空間、遠離獵食動物的庇護所；3）享有不受痛苦、傷害和疾病的自由，滿足行為方面的需求如筑巢、冬眠和覓食等；4）享有無恐懼的生活和悲傷感的自由，滿足心理方面的需求如免于枯燥、有刺激等；5）享有表達天性的自由，滿足社會性方面的需求如獨居或群居、求偶[8]。目前，實驗動物福利相關的機構在世界上也有數百個。國際實驗動物評估和認可管理委員會（America Association for Accreditation of Laboratory Animal CareInternational，AAALAC）是最廣為人知的實驗動物機構，該組織最初是1950 年在美國建立的動物管理小組（Animal Care Pannel，ACP）。AAALAC International 就是為了促進科學領域人道地善待動物。
中國實驗動物福利工作起步比較晚，但發(fā)展較為迅速。相繼建立幾十個實驗動物福利保護相關組織，如中國實驗動物學會和各省級實驗動物學會、協會等。也建立了中國醫(yī)學科學院醫(yī)學實驗動物研究所和中國食品藥品檢定研究院實驗動物資源研究所等實驗動物專業(yè)研究機構，他們以提高實驗動物質量，保障科研為出發(fā)點，在實驗動物福利的研究和保護方面發(fā)揮了重要作用。在注重自身實驗動物福利發(fā)展的同時，國內實驗動物相關機構逐漸與國際接軌，目前，國內已有60多機構通過了AAALAC評估和認可[9]。
2 實驗動物福利的要求
實驗動物是科學研究重要的綜合支撐條件，而實驗動物福利是保障研究結果科學性、真實性、一致性、可靠性和可重復性的重要保證。動物福利涵蓋的動物自身因素（如動物種類、動物遺傳、性別、年齡等因素）、環(huán)境因素（環(huán)境的溫度、濕度、氣流速度和換氣次數、光照周期及照度、噪音和粉塵等）、營養(yǎng)因素（實驗動物營養(yǎng)需求與飼料平衡、飼料感官與口味、飼料衛(wèi)生與儲存、實驗動物飼喂方式等）、技術因素（保定、麻醉、實驗樣品的給藥技術、手術、手術后的護理、采樣、臨床觀測、檢測、病理、安死術等）等[6]。在不同的社會發(fā)展階段對實驗動物福利的理解存在不同，對于實驗動物福利要求也存在發(fā)展和演化的過程。1947年，UFAW發(fā)表了實驗動物管理和使用的手冊，這是第一部實驗動物福利具體求的指南。在1950 年由Christine Stevens 創(chuàng)辦動物福利研究所（AnimalWelfare Institute，AWI）在使用實驗動物的研究團體對待動物福利、改善動物設施及動物飼養(yǎng)管理等具體措施方面也做出重要貢獻�？傮w而言，實驗動物福利涵蓋了實驗動物從出生到死亡的整個過程，可以劃分為實驗前和實驗后兩個主要的部分。其實驗前主要滿足動物的生理、心理和行為需求，保證動物健康快樂的生活，保障科研數據的可靠性、可重復性。實驗后無痛苦的安樂死等。也就是從生到死的盡量減少實驗動物不必要的痛苦、不安的過程。現實工作中，研究人員為了追求實驗的真實性、準確性和可靠性，對實驗動物的遺傳學質量、微生物學質量和寄生蟲學質量進行嚴格控制。為了獲得高質量的實驗動物，人們?yōu)閷嶒瀯游锾峁┝藰O其優(yōu)越的生活條件和生活環(huán)境。如國內陸續(xù)發(fā)布了相關的國家標準、地方標準、企業(yè)標準和大量的技術規(guī)范[10]。在客觀上最先滿足了實驗動物在這方面的福利的要求，但是在滿足動物心理和行為需求的方面仍然存在不足。在動物 實驗方面，AWI于1955年發(fā)表的Comfort Quarters手冊提出動物實驗的9條原則前提：1）沒有其他替代方式；2）實驗者必須經過廣泛采集閱讀文獻和精心設計實驗；3）盡可能使用最小數量的動物用于實驗；4）采用最為適合的動物種類；5）動物被飼養(yǎng)在最佳的環(huán)境中；6）飼養(yǎng)人員具有足夠的職業(yè)訓練以及對動物的憐憫同情心；7）采用合適的麻醉、止痛和鎮(zhèn)痛方式來緩解實驗中的疼痛、恐懼和焦慮；8）危險物種不能用于實驗；9）具有潛在威脅的物種只有在極為必需的情況下才能被允許使用。這些原則實際上成為至今動物福利倫理審查的基本要素[11]。1959年，Russell和Burch在總結之前研究的基礎上提出了著名的動物實驗3R原則，即減少（reduction）、替代（replacement）及優(yōu)化（refinement）[12]，3R原則對實驗動物福利的保障具有重要的指導意義，已經幾乎成為實驗動物福利的代名詞。減少是指通過使用適合的動物品種、品系和高質量的實驗動物，改進實驗設計、規(guī)范實驗動物操作程序等，減少試驗的次數和試驗用的動物，同時保證數據信息的數量和精確度。替代是指使用其他方法而不用動物進行的試驗或研究，或是使用沒有知覺的試驗材料代替神志清醒的活的脊椎動物進行試驗的科學方法，包括：低級動物代替高級動物、小動物代替大動物；用組織學、分子生物學、人工合成材料、利用數學和計算機模擬及物理、化學和信息技術等方法替代動物實驗；優(yōu)化是指在必須使用動物時，通過改進條件，善待動物，提高動物福利，避免或減輕給動物造成的與實驗目的無關的疼痛和緊張不安的科學方法。經濟合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）依據3R原則，在動物實驗方面共做出了54項具體規(guī)定，對動物實驗做了更為細致的要求[13]。
3 新的科學技術推動了實驗動物福利進步
生命科學研究和生物醫(yī)藥等相關領域的產品研制與安全性測試不可避免地涉及大量的動物實驗，其生理和心理狀態(tài)對實驗結果均有很大的影響，而實驗動物福利工作是研究結果的重要保障。實驗動物受到的福利損害主要來自兩個方面，首先是來自動物飼養(yǎng)和繁殖過程中單調和枯燥環(huán)境產生的慢性效應的累積；再者，即為實驗相關的操作，如動物抓取和保定、分組和編號、除毛和麻醉、給藥和取材及安樂死等。這些福利損害均可以通過技術進步和標準化提高。3.1 改善實驗動物環(huán)境——獨立通氣籠
具實驗動物繁育和實驗環(huán)境對動物的福利有最直接的影響，環(huán)境因素，包括：溫度、濕度、光照、氣流速度、空氣潔凈度、噪聲、飼養(yǎng)密度等。實驗動物設施已經從普通環(huán)境、屏障環(huán)境和隔離環(huán)境發(fā)展到獨立換氣凈化籠具（individually ventilated cages，IVC）（圖1）。IVC是一種微型隔離技術，通過向動物飼養(yǎng)籠具內部輸送經過初、中、高效過濾的空氣，以獲得潔凈度空氣（圖2）。與傳統(tǒng)設施相比，IVC系統(tǒng)具有降低勞動強度、操作簡便、保護飼育工作人員的健康、占地面積小、能源消耗低等優(yōu)點[14]。此外，IVC系統(tǒng)對于種群內病原體的傳播有很好隔離作用，不但保證了動物的健康，也提高了從業(yè)人員的安全性。隨著計算機技術廣泛應用，已經能夠對規(guī)模化實驗動物環(huán)境設施和設備進行系統(tǒng)控制與管理[15]。
3.2 實驗動物環(huán)境豐富——實驗動物玩具
生活在一個利于其表達天性的環(huán)境中，保證實驗動物心情愉悅、情緒穩(wěn)定，是保障實驗動物福利的一個重要方面。人工飼養(yǎng)環(huán)境與動物的自然生活環(huán)境有很大不同，動物天性的發(fā)揮依賴于環(huán)境。因此，在人工飼養(yǎng)動物時，要盡可能根據動物的特性，進行環(huán)境豐富即模擬動物的自然生活環(huán)境（如社會性群居動物應考慮動物之間相互的溝通），包括設施結構、附加的裝置、器具、材料、玩具等；也可以通過輪換或更新物品以保持環(huán)境豐富化的程度�？蒲泄ぷ髡吒鶕煌瑢嶒瀯游锲贩N的創(chuàng)造和發(fā)明了很多實驗動物的福利器械。如嚙齒類動物的玩具一定程度上模擬動物的自然生活環(huán)境，可以讓實驗動物充分發(fā)揮天性，緩解緊張情緒、改善繁殖環(huán)境、避免個體間相互攻擊、提高提高繁殖率[16]（圖3）。由于犬類實驗動物源自人類飼養(yǎng)動物，因此對于福利器械具有更高的要求，如尼龍咬繩、橡膠咬球咬棒等，犬類玩具不但能夠滿足其天性，還有助于清理口腔去除牙垢，預防疾�。▓D4）。非人靈長類動物一般活動力強，智商較高，具有很強的模仿力，非人靈長類玩具可促進動物心健康，減少動物異常行為發(fā)生，易獲得可靠實驗數據，對靈長類動物福利有積極作用。
3.3 提高實驗動物質量——檢測技術
實驗動物健康不僅是實驗結果準確性的保證，也是實驗動物福利具體要求。國內主要質量檢測方法和主要病原均按照國家標準執(zhí)行。技術方法以細菌學、免疫學、酶學、病毒學等技術為主，通常采用細菌培養(yǎng)、ELISA、免疫熒光、免疫酶和血凝、血凝抑制等技術。隨著技術進步和實驗動物福利的要求，新的檢測方法不斷被建立，動物福利保障水平不斷提高。現有國家標準檢測技術均建立在手術和處死動物的基礎上。隨著技術進步，DNA檢測技術可以利用血液或部分組織進行遺傳質量檢測。DNA檢測技術具有速度快、準確性好等突出優(yōu)點，可以有效保障和提高實驗動物福利。已經建立封閉群長爪沙鼠、灰倉鼠、小型豬、貓等實驗用動物的遺傳質量檢測方法[17]。DNA檢測技術還應用在實驗動物微生物和寄生蟲檢測的等領域�，F已在細菌（金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、綠膿桿菌、鼠棒狀桿菌、泰澤氏病原體、螺桿菌、支原體和真菌等）、病毒（小鼠肝炎病毒、仙臺病毒、鼠痘病毒和漢坦病毒等）、寄生蟲（弓形蟲等）等方面建立檢測PCR或熒光定量PCR方法[18]。
3.4 預防和監(jiān)控實驗動物疾病——哨兵動物
實驗動物檢測方法是在隨機抽樣的基礎上進行的。但是實驗動物設施中多使用隔離器、層流架、IVC等使得疾病傳播率很低而且流行或分布不均勻，即便是在開架飼養(yǎng)的動物種群中抽樣很難做到真正隨機，降低檢測的有效性。哨兵動物設立則盡最大可能地暴露給動物設施中的微生物（主要是將每盒動物所產生的臟墊料放入哨兵動物的飼養(yǎng)環(huán)境中，使其與哨兵動物充分接觸），通過對哨兵動物的檢測反應動物種群的健康狀況或者其微生物感染狀況。哨兵不干擾在繁育和科研的動物，減少了隨機抽樣的動物數量，最大可能監(jiān)控核心種群的健康，保障動物福利[19]。
3.5 縮小動物實驗范疇——替代技術
3R原則可以理解為“通過優(yōu)化實驗方案和發(fā)展替代技術，達到減少實驗動物的目的”�？梢哉f，替代技術是實驗動物福利的重要途徑。美國于1981年建立了動物測試用替代物中心(centerfor alternatives to animal testing，CAAT) ，用于開發(fā)整體動物的替代物以解決產品研制和安全性測試過程中的實驗動物福利問題。生命科學是21世紀發(fā)展最快速的學科，與實驗動物相關的替代技術也在蓬勃發(fā)展。使用微生物、細胞、組織、器官，甚至電子計算機模擬等不會產生痛苦等情感的實驗材料代替活體動物，或使用低等無脊椎動物替代高等哺乳類動物進行試驗，可以獲得相近的實驗結果。
3.5.1 細胞試驗技術
長期以來，科研工作者把細胞培養(yǎng)看作是動物實驗最有希望的替代載體。用細胞替代動物進行相關實驗，細胞實驗的條件易于控制，進而減少影響因素。例如采用空斑實驗代替小鼠試驗用于TBE病毒的定量檢驗，該方法重復性好，敏感性比小鼠試驗提高400倍，減少實驗動物的使用量，同時，檢驗方法的試驗條件易于控制，達到標準化的要求[20]。為能更好地模擬藥物在體內的作用，可使用人體細胞培養(yǎng)成具有一定組織器官結構的3D細胞模型。
3.5.2 轉基因動物
由于很多生物制品的生物活性與種屬和/或組織特異性相關，安全性評價不能按照標準毒性實驗設計方案采用常規(guī)的動物（如大鼠、犬），而應該使用相關種屬的動物（具有相關受體）。使用不相關種屬動物進行毒性實驗可產生誤導，甚至得出相反的結論。但是隨著轉基因和基因編輯（TALENs、ZFNs和CRISPR-Cas9）技術的普及，使用表達相關或不表達相關受體的相關轉基因動物（圖5）。如在脊髓灰質炎減毒活疫苗的質量檢定中，由于其他動物不敏感，只能應用靈長類動物。為此，在人類脊髓灰質炎病毒受體（PVR）基因的核酸結構得到認證的基礎上，科學家建立了攜帶人脊髓灰質炎病毒受體基因的轉基因小鼠（Tg PVR），用于脊髓灰質炎病毒疫苗的神經毒試驗。結果表明：轉基因小鼠接種疫苗病毒后，臨床觀察結果和組織病理檢查結果是一致的，而且小鼠的臨床癥狀遠比猴體試驗中猴子的臨床癥狀出現頻率高，易于觀察[21]。甚至僅用臨床觀察結果即可判定出疫苗制品或病毒樣品的神經毒力狀況。這一結果在參加WHO合作驗證的國家中主要實驗室得到了驗證。轉基因小鼠的建立與應用，解決了靈長類動物來源困難、動物標準化程度低和使用管理方面隱含的一系列問題。這是利用低等動物代替高等動物的一個成功范例。需要注意的是，轉基因動物制作和應用引發(fā)的實驗動物福利和倫理問題。
3.5.3 低等生物體
在某些情況下，使用低等生物，如細菌、真菌、昆蟲、軟體動物或水生動物，可以減少高等動物的使用量。這是體現動物福利，特別是替代的一個主要方面。低等動物神經系統(tǒng)的發(fā)達程度遠不如高等動物，不會引起疼痛、痛苦等，用低等動物代替高等動物屬于動物實驗的相對替代方法。如斑馬魚繁殖能力強，受精是在體外進行，受精后24 h內胚胎就已長出主要的組織器官，胚胎透明，便于觀察其發(fā)育狀況。因此，斑馬魚不僅成為發(fā)育生物學研究的重要模式動物之一，而且也愈來愈多的被用于環(huán)境污染監(jiān)測和藥物安全性評價。2003年，劍尾魚（RR-B）系通過全國水產原良種審定委員會的審定，成為第一個具有中國自主知識產權的水生實驗動物品系，在水環(huán)境監(jiān)測、水產藥物安全性評價、化妝品毒性檢測、動物疾病模型等領域具有廣泛的用途[22]（圖6）。
3.5.4 生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)
生物制品在科學研究和臨床應用等方面具有廣泛的用途。但在生物制品生產時仍需要大量的動物。以單克隆抗體（McAb）為例，多數歐洲國家（如，荷蘭、瑞典、英國）限制使用動物進行McAb生產。生物反應器技術解決了這一難題。這些體外系統(tǒng)，以微載體、微包囊法在體外大規(guī)模高密度培養(yǎng)雜交瘤細胞，再通過相關的純化手段濃縮純化制備抗體，具有經濟、簡便、高效實用和良好的可放大性。同時，避免使用動物進行McAb生產，大大降低了實驗動物使用量。
3.5.5 計算機模擬
計算機技術已經廣泛應用于各個領域，利用計算機建立起許多生理生化、病理和毒理過程的數學模型，根據有機體的各項生理參數、藥物的化學特性及其代謝潛力，預測藥物在體內的吸收、分布、代謝或者毒性等特性，利用這種方法還可以預測藥物作用的靶組織（器官）及其可能的毒性。動物實驗結果表明，這些模型能夠預測物質的一種或多種性質，其準確度可達70%~85%，特別是在化合物合成之前進行分析，可提高藥品研發(fā)的速率，能夠一定程度上替代整體動物實驗，減少動物的使用量[23]。
盡管替代方法還不能代替所有的動物實驗，但可以在研究過程中的不同階段或不同試驗步驟中使用不同的實驗方法。可以根據前期替代方法所獲數據，決定之后動物實驗是否進行。這種研究思路可以推動替代方法在更大的范圍內得到使用，避免了因不能全部替代動物實驗而使替代方法被放棄的尷尬局面。替代技術的發(fā)展可以減少實驗動物使用量。
3.5.6 減少動物實驗重復
科學研究是數據采集、累積、整合、保存和共享的過程�？茖W數據的不斷累積和共享帶來了科學技術的進步。原有的研究結果和數據是通過紙質文獻和著作傳播。隨著信息技術的進步和發(fā)展，電子化、網絡化的傳播成為了數據資源傳播的主要途徑，各種類型的數據資源通過信息技術被轉化成計算機能夠處理的編碼形式進行保存和展示。極大地推動力科學技術的進步。對于動物實驗相關科學數據的共享利用，可以大大降低動物實驗重復次數，踐行了減少、優(yōu)化、替代的動物福利理念。許多國家相繼建立諸多實驗動物專業(yè)網站，如美國Baylor 醫(yī)學院小鼠基因組中心（http://www.mouse-genome.bcm.tmc.edu），英國醫(yī)學研究委員會小鼠基因組中心（http://www.mgu.har.mrc..uk/facilities/mutagenesis/mutabase/），美國Jackson Lab（http://www.jax.org），美國實驗動物科學技術學會（AALAS）（http://www.aalas.org）。中國實驗動物相關網站建設開始于2000年，科技部批準成立中國實驗動物信息網（http://www.lascn.com），成為中國實驗動物信息發(fā)布和共享的主要窗口。2005年，國家自然科技資源共享平臺實驗動物資源數據庫建成并開始運行（www.lasdr.cn），平臺中保存了大鼠、小鼠、猴、犬、雞、鴨、兔、豬、金黃地鼠、長爪沙鼠、豚鼠、樹鼩等各品種品系實驗動物的生理、生化、解剖、遺傳等資源數據，成為國內保存實驗動物生物學特性數據最為豐富的資源數據庫。此外中國各地方數據平臺也開始建立，例如廣東實驗動物（www.labagd.com）、北京實驗動物信息網（www.baola.org）、上海市實驗動物資源信息網（www.la-res.cn/la-res/website/index.jsp）、湖南省實驗動物信息網（www.hnlast.org.cn）、江蘇實驗動物等。這些網站與實驗動物相關的論壇、博客、微信群等共同組成了實驗動物信息交流和數據共享平臺。這些科學數據的交流共享平為動物實驗提供了優(yōu)化方案，可以避免不合理的實驗，在減少動物使用方面發(fā)揮重要的作用；通過實驗動物信息交流，選用適合的材料、儀器開展動物實驗，可以減少對動物的刺激和減輕動物的痛苦；采用科學、規(guī)范的手段采集、整理、統(tǒng)計、分析數據，真實、有效地反映實驗結果，可以避免多次重復實驗，減少動物用量；不僅如此，大量的實驗數據整合還為計算機模擬提供基礎數據。
4 實驗動物福利要求促進了科學技術進步
愛因斯坦指出：“對動物的人道是人類所繼承的最高貴的美德，只有關懷到所有感知力的生命時，我們的道德才能提升到最高的層次。”實驗動物福利不僅是研究結果準確性的重要保障，也是深深地影響了科研工作者對科學問題的理解和認識[24]。
4.1 清醒動物模型
動物模型經常被分為麻醉動物模型和清醒動物模型。麻醉動物模型是較為傳統(tǒng)的模型，具有實驗操作簡單、費用較少、對動物的損傷較小的特點[25]。現階段大部分動物研究成果是基于麻醉動物模型獲得的。但是麻醉動物模型具有一些不足支出。一方面，麻醉劑會對影響動物的生理水平和狀態(tài)。動物在麻醉狀態(tài)下，其生理參數會因為麻醉藥物的種類和麻藥劑量的不同而產生不同的結果，容易產生假陽性或假陰性的錯誤結果；另一方面，麻醉模型只適用于短時間的動物生理參數的測量，不能開展長期連續(xù)的動物實驗，因此具有很大的局限性。已有很多實驗證明清醒動物和麻醉動物生理參數具有差異性。美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）在安全藥理實驗指導原則中指出，當進行動物體內研究時，建議使用未被麻醉的動物，尤其當麻醉動物和清醒動物對動物藥效有較大差異時，必須選擇清醒動物開展實驗。清醒動物模型是在清醒無束縛的狀態(tài)下監(jiān)測實驗動物的生理參數，避免或減少了動物的應激反應和不適。不但避免了麻醉劑對動物的影響，而且可以在無束縛狀態(tài)下長期、連續(xù)動態(tài)的監(jiān)測動物的各項生理參數。清醒動物模型的實現是科技進步的發(fā)展要求，不但是動物福利的最大保證，而且更加真實數據也將改變科研工作者對科學問題的理解和認識。
4.2 實驗動物分子影像技術在實驗動物福利要求的下，科學研究水平不斷提高。在傳統(tǒng)影像技術的基礎上發(fā)展而成的分子影像技術具有一定代表性。分子影像技術是指在分子水平上反映生物體生理、病理變化的特異性成像技術，主要包括生物發(fā)光成像（bioluminescence imaging，BLI）和熒光成像（fluorescence imaging，FMI）等方法，采用熒光素酶（Luciferase）基因和熒光報告基因（GFP、RFP、Cyt及dyes等）進行標記，利用一套靈敏的光學檢測儀器，直接監(jiān)控活體生物體內的細胞活動和生物分子行為[26]。分子影像技術可作為模型分期診斷的定位、定性、定量的可靠依據，能夠反映細胞或基因表達的空間和時間分布，可對表型進行直接觀測和定量分析，從而了解活體動物體內的相關生物學過程、特異性基因功能和相互作用，可以對同一個體進行長時間反復跟蹤成像，既可以體現數據的可比性，又可以避免個體差異對試驗結果的影響，在轉基因動物模型構建、藥效評估和預臨床檢驗等方面發(fā)揮了重要作用[27]（圖7、圖8）。相對于傳統(tǒng)動物實驗技術，可以避免由于宰殺動物而造成的組間差異，從而減少動物的疼痛和使用數量。分子影像技術可在滿足動物福利的前提更加真實地反應完整的實驗過程，必將有效推動人類對未知科學問題的認知。
4.3 實驗動物微創(chuàng)技術
外科手術是動物實驗中不可或缺的部分，而外科手術不但會對動物的正常組織結構、生理功能產生影響，必將波及其他非靶器官造成非目的效應，如炎性反應、出血、創(chuàng)傷、疼痛等，這些反應將很大程度上干擾實驗結果和動物的精神狀態(tài)，同時也引起動物福利問題。微創(chuàng)技術是當今醫(yī)學領域發(fā)展最快的學科方向之一，微創(chuàng)技術為外科手術創(chuàng)傷“微小化”的追求開辟了一條新的途徑，可以極大地降低外科操作的創(chuàng)傷反應。微創(chuàng)技術主要包括內鏡、腔鏡、超聲引導、放射介入等技術，它的終極目標是通過各種技術，最大程度地減少手術對機體的影響。微創(chuàng)技術在動物實驗研究中的應用將推動動物實驗福利倫理問題的改善以及科學研究結果的準確性。微創(chuàng)技術充分體現了科技進步推動“珍視生命”的實驗動物福利理念[28]。
1998年，Jane Goodall在《Science》發(fā)表的文章中提到，盡管動物具有復雜的交往方式，但是它們的心靈與我們相似，只是作為萬物之靈的人類無法感知[29]。人類發(fā)展史不斷地從野蠻走向文明。當人們以極不文明的方式對待與人類一樣具有悲喜感受的動物時，文明僅僅是一個遙遠的目標。實驗動物是人類科學技術進步的階梯。在保障實驗動物福利促進了科學技術的發(fā)展同時，科學技術的發(fā)展也推動了實驗動物福利的進步。實驗動物福利與科學技術進步相輔相成。
5 中國實驗動物福利保護的差距與不足
中國具有悠久的傳統(tǒng)文化，崇尚“萬物各得其和以生，各得其養(yǎng)以成”的人與自然和諧共處的原則，也很好地闡明了人與動物的關系。這與實驗動物福利保護的思想和意識有異曲同工的之處。盡管人類為了自身社會發(fā)展利用實驗動物進行科學實驗，但是我們還是可在最大程度上保證它們應有的生活條件和尊嚴。在中國，由于實驗動物福利發(fā)展起步較晚，社會、經濟、倫理及科學發(fā)展水平及人們對實驗動物福利的重要性認識程度不高，在實驗動物生產、管理及使用（動物實驗）過程中，普遍存在重視動物實驗結果，而忽視實驗動物福利現象。
5.1 實驗動物福利立法不足
從美國1966年通過的《動物福利法》開始，有163個國家相繼頒布了263部有關動物福利和動物保護方面的法律和法規(guī)，并有專門的組織機構監(jiān)督強制執(zhí)行。有些國家實驗動物福利法規(guī)非常嚴格，如果發(fā)現可能對動物產生痛苦、壓抑、折磨的行為，政府將立刻勒令停止實驗，關閉實驗室或是把行為的實施人送上法庭。中國的實驗動物福利法律體系以《實驗動物管理條例》為核心，以《關于善待實驗動物的指導性意見》為具體要求。這些法規(guī)是以促進國際貿易為目的，不但不符合實驗動物福利的真正目的，而且存在法律效力低的問題。同時，這些法規(guī)條款中原則性語句較多、具體操作指導較少。盡管《關于善待實驗動物的指導性意見》中有所改善，但是其可操作性和指導性也沒能著重體現。這對于動物實驗的實施者來說，無疑是一個現實障礙。此外，中國相應法規(guī)中對違反實驗動物福利的懲罰力度弱。對于傷害等違反實驗動物福利行為的處罰還只是警告、經濟處罰、責令改正、吊銷執(zhí)照等輕微的行政處罰，這樣的規(guī)定無法全面的保護實驗動物的福利。立法不足是中國實驗動物福利最重要的瓶頸問題。
5.2 實驗動物福利保護發(fā)展不平衡
中國根據經濟科技發(fā)展存在很大的地區(qū)不平衡顯現，其中長三角地區(qū)、珠三角區(qū)域和京津冀地區(qū)經濟科技發(fā)展比較好，實驗動物福利的保護理念和執(zhí)行力度好，通過AAALAC的評估與認證的機構相對集中。國內一流大學、大型科研機構以及醫(yī)藥安全評估機構往往國內外交流比較多，其科技技術站在前沿和經費也比較充足，其實驗動物福利的保護理念在前沿，其實驗動物福利保護的技術領先，而且具備技術創(chuàng)新的基礎；從實驗動物設施建設到實驗動物飼養(yǎng)管理，從課題計劃的實驗動物福利倫理評估審查到課題動物實驗過程的監(jiān)督管理直至課題完成后的總結與提高都有監(jiān)督與管理均較為完備。經濟發(fā)展較慢的地區(qū)實驗動物福利的保護理念和執(zhí)行力度存在明顯不足。實驗動物福利要求僅僅停留在課題計劃的福利倫理評估審查階段。
5.3 實驗動物福利保護工作重視不足
實驗動物福利的保護貫穿動物實驗的全部過程，具體體現在實驗動物使用的相關技術和管理人員的具體工作中。因此科研工作者的實驗動物福利的保護理念和認識的提高顯得非常重要，許多工作人員對實驗動物福利的理解只停留在“實驗動物福利”的概念上，沒有從更廣更深的程度去理解實驗動物福利保護的意義，機構重視程度不足。盡管政府實驗動物管理部門在實驗動物設施許可證管理中要求必須有實驗動物倫理與福利的相關內容，但多數機構僅僅停留在課題項目的評估與審查階段，沒有關注到動物實驗過程的管控。也有許多機構存在僅僅走走過場的現象，把它當成一個負擔去完成工作。甚至一些實驗動物機構后補實驗動物福利相關記錄的現象，只是勉強應付差事而已。
實驗動物福利的保護是生命科學研究與生物醫(yī)藥產業(yè)中的重要工作，需要扎扎實實的進行。首先，建立實驗動物福利的法律體系，強化執(zhí)法力度。繼續(xù)完善實驗動物福利相關的指導法規(guī)，持續(xù)推進與實驗動物福利的相關標準，以指導實驗動物福利的工作的完善與進步，不斷充實在實驗動物設施許可工作中要求實驗動物福利的相關內容。其次，強化實驗動物福利與倫理在生命科學的立項、課題評審和獎項評審中關鍵地位，對于不能滿足實驗動物福利的課題不予立項和評審。第三，加大實驗動物福利的管理和培訓工作，加大宣傳力度，充分利用實驗動物相關的民間組織如學會和協會，加強實驗動物福利的學術交流及各種形式的培訓工作。達到宣傳目的，引起更多相關人員的重視；建議成立相關的民間組織-中國實驗動物倫理與福利工作專業(yè)委員會，推進加強實驗動物福利保護技術工作的國內外學術交流、培訓和管理工作的經驗交流；最后，適時啟動中國認可委員會的實驗動物福利認證工作，將中國的實驗動物福利保護工作推向更高水平。
標簽：
實驗動物福利玩具
