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議題背景：

大部分的生物醫學研究會使用實驗動物做研究，另外有些研究正在發展不使用實驗動物的替代方法。目前台灣與國外皆有持續的發展並更新基於3R（替代replacement、減量reduction，和精緻化refinement）的實驗動物替代方法，然而，使用其他方法替代活體實驗動物，雖有其優點，也有限制與挑戰。

台灣科技媒體中心觀察，媒體與大眾理解實驗動物的議題時，常常僅侷限於從動物保護的角度切入，很難看到根據現有科學證據和研究環境下的討論。在既有框架之下，一般大眾容易誤解實驗動物對科學驗證過程的意義和科學研究。因此我們邀請四位專家分享實驗動物與替代方法的自身研究經驗與觀點，並綜整專家觀點後撰寫專題文章，刊載於關鍵評論網「動物實驗的現在與未來」專題中〈【科學家談動物實驗】替代方法有前景也有其侷限，我們如何理解科學研究肩負的生命責任？〉。

其他資料：

英國Science Media Centre專家意見：expert reaction to the annual statistics on the use of animals in scientific procedures in the UK for 2021

專家怎麼說？

2022年08月07日
國立臺灣大學動物科學技術學系教授 徐濟泰

1. 科學研究上，為什麼要使用實驗動物？實驗動物的優勢和限制分別有哪些？

根據行政院農業委員會出版的109年度實驗動物人道管理年報的統計數據，可以看出我國使用實驗動物的概況，其中「醫學研究」5,107件(58.5%)為最多，其餘分別為「藥物(含中藥草)」1,139件(13%)、「醫療器材」987件(11.3%)、「農業研究」341件(3.9%)、「健康食品」321件(3.7%)、「動物用藥及疫苗」220件(2.5%)及「其他」320件(3.7%)。這跟過往的情形類似，「醫學研究」一直是佔最大比例。整體而言，我國的實驗動物應用於科學研究包含醫學、食品、農業、動物用藥與環境污染檢測等。

從各類科學研究應用的佔比，可以看出絕大多數都是為了人類健康的研究，使用實驗動物主要就是替代人體實驗或作為人體實驗的前置篩檢測試。所以主要的原因，就是我們盡量縮減人體試驗，而盡量藉由動物活體的生理反應，來先讓研究者揣摩在人體會有的可能反應。現今有很多專為動物實驗而培養的動物種類與同一種類的不同品系，所以幾乎每一種有關人體的研究都有特定的動物模式可以選用，所以實驗動物的優勢就是在其取得的方便性以及控制研究經費的負擔。實驗動物的限制是無法百分百模擬人體，甚至還有與人體反應相左的反應出現過。

2. 如何決定使用哪一些實驗動物的物種？

因為實驗動物應用於科學研究有重要發現的都會被發表在學術期刊，包含與人體預期反應相左的發現也會被披露。經過世界各國各個主要的實驗動物供應機構追蹤整理，已經有相當多的資訊讓研究者事先知道每一種實驗動物適合的用途，以及不適合的提示。所以要決定使用哪一種物種，研究者有責任去充分了解相關的資訊並自行參考近期的類似研究成果發表，從中慎選最適合的動物，並且清楚其限制的點為何。

3. 替代方法的優勢和限制分別有哪些？實際運用替代方法有哪些困難嗎？

替代的方法包含細胞或組織培養、電腦模式模擬，教學訓練還可以使用模具、教學影片或三度空間虛擬動物體解剖影像。目前替代方法主要困難是有部分人體或動物的反應還沒有可以對應的細胞或組織培養技術被成熟開發完成。因為現在的科學技術還沒辦法培養所有種類的細胞或組織，並維持其能展現跟在人體或動物體內一模一樣的生理功能運作。這也是世界各國各個主要的3R中心努力實踐的首要工作。

2022年08月15日
臺灣大學獸醫學系副教授 萬灼華

1. 如何從實驗設計的合理性來評估實驗動物的使用？

我認為實驗動物有其必要性，若有更好的選擇當然會盡量使用替代方法，但如果現階段沒有其他更好、可實際執行的選擇，還是只能用實驗動物，但就要盡量合理的減量。

實驗動物的應用是一門專業，一個研究很難由獨立一個科學研究團隊做得好，需要包含實驗動物專業在內的跨領域團隊合作，才能讓一份動物研究得到的結果更可靠。即使經過專業訓練的實驗動物專科獸醫師，也不一定了解所有的研究內容，而是透過和研究人員的討論和確認，更可以釐清研究的合理性和使用實驗動物的必要性，再由研究人員想辦法調整與修正。

這些研究也必須經過IACUC（實驗動物照護及使用委員會）中不同專業知識背景的人，不只是獸醫系的人員，也要有代表一般大眾審查意見，才能讓大家看得懂並且理解。即使實驗科學合理，若可能對動物和研究人員傷害過大，也不能僅為了科學理由去執行，研究案更要經過謹慎評估與調整，必須要納入對實驗動物與研究人員的保護，方可進行。更重要的是，每一個研究案必須提出，有沒有替代的方法、為什麼必須用實驗動物；當有必要使用實驗動物，研究人員更應提供非動物的試管試驗、前驅試驗（pilot study）或其他臨床前實驗的資料，再依據過去的數據與前期實驗的資料，合理地估算或統計出此研究的動物數量，而且已經提出如何避免或降低對動物或工作人員的可能危險、傷害和任何精神上的痛苦。除了盡可能降低或解除動物的不適，更應該運用飼養過程的舒適性和多樣性，以提供實驗動物正向的支持和生理與精神上的照護，由IACUC人員一起審視和討論問題，才能同意動物研究適當且合理。

我的專業是協助評估一個研究中，選用的實驗動物種類、使用的數量、實驗設計的程序、使用實驗動物想達成的目的等，究竟是否合理。若一個研究想觀察的結果有更合適的實驗動物，或是可以用更少數量的實驗動物達成研究目標，會建議研究人員調整研究的設計，可能必須修正研究的目標、修改實驗設計與流程等。若這個研究屬於大型研究計劃之前用於評估可行性的前導研究（pilot study），或試管等級的研究，我們就會建議，不應該使用狗、靈長類等級的實驗動物，可先用無脊椎動物、魚、大小鼠等來取代，尤其在pilot study後的研究通常利用較多的實驗樣本，以利在早期就可發現未預期到的問題，更可避免進入高等級動物實驗或臨床試驗時才面對此困擾與挑戰。

二次世界大戰後生醫研究蓬勃發展的同時，美國獸醫師注意到飼養實驗動物的空間不良和造成動物的壓力，會產生不正確的研究結果，所以動物醫學的正確性很重要。此外，如果實驗動物本身健康狀況不好，做出來的實驗就不是真實的數值，無法反映真實的科學，也就不是一份好的研究。美國於1957年與1967年先後成立「實驗動物醫學會」與「實驗動物科學會」，且建立實驗動物專科獸醫師與實驗動物專科技術員的制度，通過此專科考試後才能成為會員。藉由專科獸醫師及專業技術人員在研究團隊或動物中心，才能真正的預先評估與確保動物實驗進行期間，所有使用實驗動物的生理和精神健康情況都維持在最好的條件。

美國的這兩個單位一起把實驗動物的管理和評估改寫更完善，由專科醫師及專科技術人員率先站出來改善這些程序，歐洲和加拿大近期也開始參考美國的模式，推出專業的獸醫師和實驗動物中心工作人員的訓練課程。

美國重視動物福利的同時，也有限制不能為了降低動物數量，而對同一隻動物連續做太多次傷害性的動物試驗（例如開腔性大手術），並且有特定規範這些操作次數，加上觀察實驗動物狀況的指標，例如體重減輕、傷口難以癒合、食慾不振、精神不振等。此時必須評估，是否以治療後繼續做實驗，還是提早停止實驗或安樂死。研究設計所提出安樂死的方式或藥物，若有不適當或違反相關規定，則IACUC將無法通過審核此動物研究申請案。

為了朝向實驗動物減量，我的研究關注新興的疾病時，使用的是從其他研究團隊與國外的單位聯繫後，收集到的實驗動物遺體，但是，相對直接購買實驗動物，收集這些遺體的時程較慢。由於許多新興疾病一開始引起的臨床症狀可能並不明顯所以不易發現，若有好好保存動物遺體的樣本，之後若有確定想檢測的新興病原，就可以將保存的樣本取出來檢測。此外，獸醫系的教學主要也是使用動物的遺體。

2. 台灣的實驗動物房管理、規定緣由等狀況如何？

台灣各研究單位有設置實驗動物照護及使用委員會（IACUC），監督並定期的查核各研究單位的動物房所有的動物照護、健康管理等是否合乎規定，且國內農委會亦定期事前通知、至研究單位進行所有相關文件與現場評估。但美國的規定相對更嚴格，美國的農業部及IACUC有權力可以突襲檢查各研究單位的動物房，檢核動物飼養的環境、操作、設備及所有相關文件等。

3. 根據您的經驗，國外的實驗動物中心是否有台灣可以借鏡的地方？

目前台灣的問題包含，很多研究人員沒有接受實驗動物的相關訓練，也缺乏受訓的資源。美國的實驗動物相關操作訓練資源較多，國外的實驗動物管理，有許多值得借鏡之處，除了可以更有效減少動物的浪費，動物中心也有很多專業照護的訓練課程、提供研究人員實驗的技術服務與支援等。

我曾至過美國的靈長類動物中心受訓，實驗用靈長類動物非常珍貴，受到嚴格良好的照顧，即使結束應用於某研究計畫後，若經過恢復期後，此實驗猴的狀況良好，在於獸醫師評估且同意下，可再應用於其他研究實驗，例如行為相關的實驗，或是讓不再應用於科學研究的年老退休母猴，擔任養母的工作，協助研究單位中因難產失去母親的幼年實驗小猴的行為教育工作。

除此之外，該中心在美國NIH經費支援下，建立「非人靈長類的組織銀行」（NHP Tissue bank），會預先提供申請的表單，讓需要實驗猴組織樣本的研究單位可以事先申請。雖然無法保證何時可以得到這些遺體樣本，但若實驗動物中心有犧牲動物時，就可提供遺體的一部分組織樣本給有申請的研究單位，此方法在類似「組織銀行」（Tissue bank）的概念，可以減少實驗動物使用的數量。

4. 您如何看目前台灣實驗動物專業人才培訓與薪酬問題？

不只是獸醫師需要接受實驗動物專業的教育，動物中心的專業人員、行政人員也需要相關訓練，但在台灣很少有此方面的專業課程，即使有，也幾乎都是短期、演講型的課程，更少有實務操作甚至模擬現場的課程，而且因收費較高，研究單位較難讓員工定期受訓。以我的經驗為例，由於在美國接受含有現場實務操作的三年專科獸醫師訓練後，結業後便可以馬上擔任研究單位的實驗動物專科獸醫師，負責現場實務工作。

此外，國外所有實驗動物中心的工作人員的薪酬相對台灣高很多，若沒有經費支持實驗動物專業的管理和操作，相對之下也很難提升能夠正確操作動物實驗的研究與人才。這些都非常需要經費支持，需要國家和全部的研究單位一起達成。

台灣另外的問題在於，私人機構或單位可用較高的薪酬徵求實驗動物專業人員，但多數公家單位徵求的實驗動物專業人員的薪資都先強調學歷與年資，而較少會將實務能力優先於學歷與年資等，來做為考慮項目以決定聘任與否，即使優先評估實務能力，公家單位也幾乎無法僅注重實務能力（不考慮學歷），讓這些能力完全反映到薪酬與職位頭銜上。此外，實驗動物專業人員或醫師雖然服務對象是研究人員，但是最重要的是實驗動物專業的實務能力，而不應僅是強調研究發表的能力。

也因此，我有跟國家衛生研究院與國家實驗動物中心合作，讓學生進入學習現場實務的動物房相關管理、操作，以及學習現場獸醫師、模擬IACUC委員的經驗等。台灣需要這些訓練，也需要良好的工作環境與薪資讓這些人才繼續留下來，也需要持續的挹注資源來推動實驗動物專科醫師的訓練。

2022年08月17日
國家衛生研究院國家環境醫學研究所研究員 林嬪嬪
國家衛生研究院國家環境醫學研究所博士後研究員/兼任助理教授 鄭獻仁

1. 替代方法的優勢與限制分別有哪些？

替代方法的研究與開發是建立在動物試驗「3R原則」中「替代」（replacement）的概念上，基本上是利用人或動物的細胞、組織培養進行體外試驗（in vitro），電腦模擬預測（in silico）或器官晶片等新穎方法與測試策略，試著逐步減少或取代傳統的動物試驗。

相較於傳統的動物試驗，替代方法的最大優勢是在實驗設計目標與使用測試系統，更接近人體。因為動物的組織結構與生理反應，包括：細胞、組織或是器官，都與人體上的有所落差。而目前已有許多替代方法具有人類相關性的研究結果，所以在一些實驗研究或測試項目中，替代方法更適合預測人的反應，並且可以更快速獲得結果，時程上相對比較快。最後另一個本質上的優勢，就是可以減少或取代使用實驗動物。

而替代方法的限制，相較動物試驗，在其開發、驗證與推廣應用前的初期，包含在技術門檻、操作環境與操作人員的訓練要求也都比較高，整體花費成本相對較高，所以替代方法的運用，是在法規上已建立完整的安全性與功效測試後，才會開始推廣與應用，隨著廣泛使用才可能使部分成本逐漸降低。

另外，替代方法在部分應用上仍有所限制，例如目前QSAR電腦模擬僅適合預測有機化學物質，仍無法有效預測金屬（化合物）、聚合物、無機化學物質(鹽類)或是混合物的毒性。而目前OECD發布的測試規範，也有針對測試物質的組成或性質的使用建議，所以替代方法仍有發展與改善的空間[1]。

在綜觀的優勢上，替代方法除了順應國際對於動物保護福祉的議題，也更適用於化學品或相關製品的法規管理，包括：工業化學品、農藥、動物用藥、化妝品、食品添加物、保健食品、醫材等的安全檢測或風險評估。另外，替代方法的應用層面也能拓展至產品的功能性測試；甚至跨足至生醫領域，加速了癌症、罕見疾病、應對疫情等醫療需求的研發。在未來的實際運用上，替代方法應會著重在個人化的精準醫療，例如，製作個人化的器官晶片或是透過離體培養癌症患者的腫瘤組織檢體，再利用細胞或分子生物實驗測試其對藥物的反應，結合患者其他的醫療數據（醫學影像、基因檢測等），期望在未來不需要經過動物實驗與長時間的等待，即可推估最適合該位患者的治療方針。

2. 實際運用替代方法有哪些困難與遭遇的瓶頸？

目前在替代方法仍面臨諸多瓶頸，實際運用上有許多需要克服的困難。首先，單一的替代方法或模型，無法驗證或得出系統性的研究結果，而是需要整合多種替代方法和評估策略，才能獲取更具整體性的結果。例如，要測試某一化學物質有無毒性，可以使用一群小鼠進行動物實驗即可得出結果，但若是使用替代方法，可能需要透過多種替代方法整合評估後，才能得出相等的結論。這也帶出另一個困難，需要多種替代方法的整合評估，也就需要多個不同的研究團隊共同合作，各自有其需要的技術需求與門檻。
動物實驗已建立與發展多年，已有非常長久、龐大的共識與標準，但替代方法目前要如何驗證、解釋，證明與動物實驗之間具有可比較性，並最終得出替代方法是可以取代動物實驗，甚至能更有效反映出人體實際生理反應的結論，這些初期開發、驗證到實際推行，都會需要花費很多的經費與時間、專業人員的成本，才能建立出有效有用的替代方法。而要被OECD或ISO接受，替代方法必須經過多個實驗室驗證其具有再現性與可靠性，才可能被建立在規範當中。另外，技術與資料共享也是替代方法面臨的執行困境之一，例如，部分新穎替代方法具有專利權，需要簽約取得授權或是達到特定使用要求才得以使用。

替代方法在法規層面上，也面臨到接受度的問題，需要提升整體社會與學術環境的認知與教育。目前法規大多以動物實驗的結果作為評估或分級的標準，若要轉換成替代方法，可能就會產生安全性或藥效方面的疑慮。因此，替代方法除了技術與預測效果必須發展至一定成熟度，要如何去標準化、如何取代動物實驗，來作為新的評估安全性與藥效方式，都還是尚待解決的問題。目前國際上對於皮膚與眼睛的刺激/腐蝕性、皮膚致敏性的替代方法與測試策略的發展較為成熟，也有相關的資料庫與預測軟體已被開發與應用，相對之下，被法規接受使用的程度也較高[2][3]。

註釋與參考文獻：

[1] OECD Test Guidelines for Chemicals，https://www.oecd.org/chemicalsafety/testing/oecdguidelinesforthetestingofchemicals.htm

[2] OECD發布新的眼睛危害性評估規範(GL 467與TG 492B)以及其他測試規範之更新與修正(2022)，http://nehrc.nhri.org.tw/taat/news.php?cat=news&id=361

[3] OECD發布新的皮膚過敏性評估規範以及其他測試規範之更新與修正(2021)，http://nehrc.nhri.org.tw/taat/news.php?cat=resource&id=183