چگونه روش های بهتر غربالگری داروها می تواند به زودی منجر به هزاران آزمایش حیوانی کمتر شود

دانشمندان به حیوانات بسیار کمتری نسبت به گذشته نیاز دارند

سالانه 190 میلیون حیوان در سراسر جهان در تحقیقات زیست پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. اما پس از قرن‌ها آزمایش، بحث و جدل و مزایای بی‌شمار نجات جان، علم ممکن است سرانجام به نقطه‌ای نزدیک شود که آزمایش بر روی حیوانات دیگر گزینه پیش‌فرض نباشد.

تا همین اواخر، این ایده غیرقابل قبول به نظر می رسید. تحقیقات زیست‌پزشکی مدرن تقریبا از زمان پیدایش خود بر روی حیوانات متکی بوده و از آنها برای مطالعه بیماری‌ها و آزمایش داروهای جدید قبل از رسیدن به انسان استفاده می‌کند. اما در چند سال گذشته، این فرض شروع به تغییر کرده است.

تلاش‌ها برای جایگزینی حیوانات در علم، قوی‌ترین پشتوانه را از سوی سیاست‌گذاران و تنظیم‌کننده‌ها داشته است. در آوریل 2025، سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) یک نقشه راه پنج ساله برای کاهش آزمایشات حیوانی در مطالعات ایمنی دارو منتشر کرد. ماه ها بعد، مؤسسه ملی بهداشت این کشور (NIH) نیاز به مدل های حیوانی برای بسیاری از کمک های مالی خود را متوقف کرد. اواخر سال گذشته، بریتانیا طرح مشابهی را برای حذف تدریجی آزمایش‌های حیوانی اجرا کرد و اتحادیه اروپا نیز در ژوئن از آن پیروی کرد.

این ابتکارات عمدتا به دنبال استفاده گسترده تر از روش های جایگزین بهتر است. یک تکه پلاستیک که بزرگتر از یک اسلاید میکروسکوپ نخی شده با سلول های کبد انسان نیست، اکنون می تواند اثرات سمی دارو را بهتر از موش ها شناسایی کند. سلول‌های رشد یافته در آزمایشگاه، خرگوش‌ها را از آزمایش‌های یکبار ضروری که داروها را از نظر آلاینده‌ها غربال می‌کنند، در امان می‌گذارند. و مدل‌های هوش مصنوعی اهداف دارویی بالقوه را با سرعتی بی‌سابقه و بدون استفاده از حیوانات شناسایی می‌کنند.

سلین کمپ، رئیس گروه کمپین جایگزینی تحقیقات حیوانات در بریتانیا، می‌گوید: «این علم به نقطه‌ای رسیده است که پایه شواهد بسیار بهتری برای حمایت از این واقعیت وجود دارد که حذف تدریجی آزمایش‌های حیوانی ممکن است امکان پذیر باشد».

تاریخ باستانی آزمایش بر روی حیوانات

قدمت آزمایش بر روی حیوانات حداقل به زمان فیلسوف یونان باستان ارسطو برمی گردد که ده ها گونه حیوانی را برای درک بهتر آناتومی تشریح کرد. اما استفاده سیستماتیک مدرن از آزمایشات حیوانی تا اواسط دهه 1800 شروع نشد. در آن زمان، و اکنون، طرفداران استفاده از حیوانات استدلال می‌کردند که بسیاری از آنها بدنی مشابه انسان دارند تا آزمایش‌های مربوط به مکانیسم‌های بیولوژیکی و اثرات دارو را توجیه کنند، بنابراین علم را آگاه می‌کنند و مراقبت‌های بهداشتی را بدون آسیب رساندن به مردم بهبود می‌بخشند.

Pushback تقریبا بلافاصله شروع شد. وحشت عمومی در مورد برخی از روش‌های فیزیولوژیست‌های ویکتوریایی، بریتانیا را بر آن داشت تا اولین قانون آزمایش حیوانی در جهان را در سال 1876 تصویب کند، که تضمین می‌کرد فقط توسط دانشمندان دارای مجوز انجام می‌شد.

چندین دولت برای کاهش تعداد حیوانات آزمایشگاهی نقشه راه تهیه کرده اند

با این حال، همانطور که چندین نسل از دانشمندان بارها گفته‌اند، هیچ‌کس واقعا نمی‌خواهد آزمایش‌های حیوانی انجام دهد. آنها آهسته، گران هستند و با مدارک قابل توجهی همراه هستند - و این قبل از آن است که همه دست اندرکاران اخلاقیات ایجاد درد عمدی بر حیوانات، از جمله سگ، خوک، میمون و، بله، خوکچه هندی را ارزیابی کنند.

اما، به همان اندازه که ممکن است برای برخی ناپسند باشد، آزمایش بر روی حیوانات به محققان اجازه داده است فرآیندهای بیولوژیکی را بررسی کنند و داروهای آزمایشی را غربال کنند. این پیشرفت‌های تاریخی را تسهیل کرده است، از کشف انسولین و آنتی‌بیوتیک‌ها تا ساخت ضربان‌سازها و واکسن‌های کووید-19.

اکثر مقررات مدرن در مورد آزمایش حیوانی مبتنی بر مفهومی است که در سال 1959 به نام 3Rs شناخته می شود: جایگزینی، کاهش و اصلاح. «جایگزینی» به معنای جایگزینی حیوانات با مدل های کامپیوتری یا باکتری ها در صورت امکان است. "کاهش" استفاده از حیوانات تا حد ممکن است. و "تصفیه" به حداقل رساندن درد و ناراحتی است. کشورها اغلب در نحوه اعمال چارچوب متفاوت هستند. برای مثال، قوانین بریتانیا و اتحادیه اروپا، همه مهره‌داران را در بر می‌گیرد، اما ایالات متحده موش‌ها، موش‌ها و پرندگانی را که برای تحقیق پرورش داده شده‌اند، که اکثر حیوانات آزمایشی را تشکیل می‌دهند، استثنا می‌کند.

اما هنوز حیوانات زیادی در تحقیقات مورد استفاده قرار می گیرند (به کادر زیر مراجعه کنید). حدود نیمی از حیواناتی که امروزه در آزمایش‌های علمی مورد استفاده قرار می‌گیرند، درگیر تحقیقات پایه‌ای هستند - نوعی که در دانشگاه‌ها برای کشف چگونگی عملکرد و شکست زیست‌شناسی انجام می‌شود. نیم دیگر تقریبا بین آزمایش داروهای جدید برای عوارض جانبی و تعیین محدودیت های ایمن قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مانند آفت کش ها تقسیم می شود.

به استثنای برخی موارد، افکار عمومی و سیاسی تا حد زیادی این معامله را تحمل کرده اند. اما نشانه هایی از کاهش حمایت وجود دارد. در سال 2001، اکثر آمریکایی ها معتقد بودند که آزمایش پزشکی روی حیوانات از نظر اخلاقی قابل قبول است. تا سال 2025، کمتر از نیمی از این کار را انجام دادند. جدیدترین نظرسنجی در بریتانیا، از سال 2018، نشان می‌دهد که حمایت در حدود دو سوم ثابت‌تر است - اما همچنین اشتهای فزاینده‌ای برای جایگزین‌ها، به‌ویژه در میان افراد جوان‌تر، وجود دارد.

کمپ می‌گوید: «مردم همیشه تا حدودی از تحقیقات حیوانی حمایت می‌کنند، جایی که هیچ جایگزینی وجود ندارد». او می‌گوید، اما تکنیک‌های جدید اکنون نیاز به تعداد فزاینده‌ای از آزمایش‌های حیوانی را کاهش می‌دهند و دانشمندان به این موضوع دست پیدا نکرده‌اند. کمپ می‌گوید: «شواهد بیشتری وجود دارد که نشان می‌دهد مکانیسم‌های نظارتی برای بررسی اینکه هیچ جایگزین دیگری وجود ندارد، به خوبی عمل نکرده است. بنابراین اطمینانی که اعتماد عمومی و حمایت عمومی بر آن است، کمی متزلزل است.»

آژانس های نظارتی اکنون در تلاش هستند تا انتقال به روش های غیر حیوانی را تسریع بخشند - و مدتی است که این کار را انجام داده اند. ایوان راسین، سم شناس در دانشگاه تگزاس A&M می گوید: «تمام فشارها به سمت مدل های غیرحیوانی جدید نیست. در عوض، او می‌گوید، پیشنهادات اخیر ناشی از «طوفان کامل» فعالیت‌های سیاسی، علمی و نظارتی در بیش از یک دهه است. به عنوان مثال، در سال 2013 اتحادیه اروپا آزمایش روی حیوانات روی لوازم آرایشی را ممنوع کرد، و ثابت کرد که تنظیم‌کننده‌ها می‌توانند این موضوع را مجبور کنند و صنعت با آن سازگار شود.

دنیای جدیدی از امکانات تست

نقشه‌های راه اخیر بریتانیا و اتحادیه اروپا با هدف ایجاد این پیشرفت و توسعه آزمایش‌های نظارتی غیر حیوانی بیشتر است. رویکرد ایالات متحده کمی متفاوت است و هدف آن جایگزینی حیوانات در سناریوهایی است که در آن مدل‌های بسیار ضعیفی هستند - مانند آزمایش آنتی‌بادی‌های مونوکلونال، درمانی که سیستم ایمنی را تقلید می‌کند.

هیچ‌یک از این انتقال‌ها نمی‌خواهند جایگزینی عمده باشند، زیرا هیچ یک از گزینه‌های جایگزین نمی‌تواند به طور کامل یک حیوان کامل را بازسازی کند. اما استفاده از این فناوری ها در زمینه مناسب - جایگزینی یک روش آزمایشی در اینجا یا یک بررسی ایمنی در آنجا - می تواند به طور معنی داری آزمایش های حیوانی را کاهش دهد و حتی نتایج بهتری ایجاد کند.

بنابراین، در واقع گزینه های جایگزین چیست؟ یکی از شناخته شده ترین آنها کشت سلولی است که به محققان اجازه می دهد بافت های زنده انسان را در معرض مواد شیمیایی قرار دهند. اینها می‌توانند جایگزین برخی از آزمایش‌های سمیت دارویی و شیمیایی اجباری شوند، اما یک ظرف مسطح از سلول‌ها جایگزین ضعیفی برای تغییر محیط یک اندام در حال کار است.

اعضای روی یک تراشه نیاز به آزمایش روی حیوانات را تغییر می دهند

دستگاه‌هایی که اندام‌های روی تراشه نامیده می‌شوند، سعی می‌کنند با بازآفرینی بخشی از این پویایی، این شکاف را ببندند. تقریبا به اندازه یک USB است، آنها سلول‌ها را روی داربست انعطاف‌پذیری قرار می‌دهند که با کانال‌های ریز پر از مایع که مواد مغذی را تامین می‌کند و مواد زائد را حذف می‌کند، قرار می‌گیرند.

وقتی نوبت به آزمایش ایمنی دارو می‌رسد، اندام‌های روی یک تراشه در مدل‌های حیوانی نقش مهمی دارند. بیش از 90 درصد از داروهای آزمایشی که در حیوانات بی خطر و مؤثر به نظر می رسند، تأییدیه نظارتی دریافت نمی کنند، عمدتا به این دلیل که برای انسان سمی هستند.

در سال 2022، دونالد اینگبر زیست‌شناس در دانشگاه هاروارد و همکارانش در شرکت بیوتکنولوژی Emulate، که او یکی از بنیانگذاران آن بود، سمیت داروهای آزمایشی را با استفاده از کبد روی یک تراشه ساخت و آزمایش کرد. تقریبا از هر 8 دارویی که در آزمایش‌های بالینی سمی بودند، 7 مورد شناسایی شد، علیرغم اینکه در آزمایش‌های حیوانی بی‌خطر به نظر می‌رسند. اینگبر می‌گوید: «مردم نسبت به پیشرفت این رشته ناآگاه هستند.

این تراشه که اکنون در مراحل پایانی تایید FDA است، در حال حاضر راه خود را به آزمایشگاه ها باز کرده است. شرکت داروسازی Moderna از آن به جای پستانداران برای غربالگری ترکیبات مورد استفاده در واکسن‌های mRNA برای آسیب کبدی استفاده کرده است.

آزمایشگاه اینگبر همچنین تراشه هایی را برای تقلید سایر اندام ها از جمله دهانه رحم، ریه ها، کلیه ها و روده ها می سازد و آنها را با رگ های خونی مصنوعی به هم متصل می کند. او می‌گوید: «ما بدن انسان روی تراشه داریم. آنها بر روی داربست نصب می‌شوند و می‌توانند از نظر فیزیکی انعطاف‌پذیر باشند تا تنفس یا حرکت روده را تقلید کنند و یکی از قدیمی‌ترین شکایات مربوط به کشت‌های سلولی را برطرف کنند: بافت‌های واقعی هرگز به صورت مجزا کار نمی‌کنند.

حتی پیچیده‌تر ارگانوئیدها هستند، حباب‌های خودآرایی سلول‌های انسانی که اندام‌ها را تقلید می‌کنند. به جای رشد سلول ها بر روی داربست مهندسی شده، همانطور که سازندگان تراشه انجام می دهند، محققان ارگانوئید سلول های بنیادی را تحریک می کنند - که می توانند به انواع سلول های دیگر تبدیل شوند - به بافت های مینیاتوری و سه بعدی. اندام های کوچک به دست آمده بیشتر ساختار بافت و تنوع سلولی را به تصویر می کشند.

دستگاه های پیشرفته، مانند این ریه روی یک تراشه، نتایج فوق العاده دقیقی را برای آزمایش دارو دریافت می کنند.

هانس کلورز از دانشگاه اوترخت هلند، یک متخصص ژنتیک مولکولی که پیشگام ارگانوئیدها بود، استدلال می‌کند که این فناوری می‌تواند از مدل‌های حیوانی برای برخی شرایط انسانی، از جمله فیبروز کیستیک، بهتر عمل کند. او می‌گوید: «ما حیواناتی داریم که به زیبایی علائم را تقلید می‌کنند، اما معمولا علت اصلی را ندارند.

این تمایز اهمیت دارد زیرا حیوانات آزمایشگاهی همیشه یک سازش را نشان می دهند. دانشمندان می‌توانند موش‌ها را به سرطان، بیماری‌های التهابی و اختلالات عصبی شبیه بیماری‌های انسانی تشویق کنند، اما چنین شرایطی اغلب از طریق مهندسی ژنتیک یا مداخله مصنوعی به‌جای فرآیندهای بیولوژیکی که افراد را بیمار می‌کند، به وجود می‌آیند. کلورز می‌گوید که تیم او آنتی‌بادی را برای درمان سرطان سر و گردن به نام کارسینوم سلول سنگفرشی به طور کامل در ارگانوئیدها و بدون آزمایش حیوانی مرسوم ساخته است. این دارو اکنون در مرحله آزمایشی فاز سوم است.

ارگانوئیدها و اندام‌های روی یک تراشه نیز دری را به روی پزشکی شخصی‌سازی شده باز می‌کنند، به گونه‌ای که حیوانات نمی‌توانند. محققان می‌توانند آن‌ها را با استفاده از سلول‌های خود بیمار رشد دهند و سپس داروهای کاندید را مستقیما روی بافت به اشتراک‌گذاری بیولوژی آن بیمار آزمایش کنند.

سایر جایگزین های حیوانی اصلا شامل مواد بیولوژیکی نمی شوند. آن‌ها بر روی رایانه‌هایی اجرا می‌شوند که محققان آن را مدل‌های سیلیکونی می‌نامند. سیستم‌های هوش مصنوعی آموزش‌دیده بر روی مجموعه داده‌های ژنتیکی، شیمیایی و بالینی می‌توانند اهداف دارویی بالقوه را علامت‌گذاری کنند و سمیت را پیش‌بینی کنند. با این حال، یک مشکل این است که مدل‌ها همیشه نحوه تصمیم‌گیری را توضیح نمی‌دهند، که باعث می‌شود تنظیم‌کننده‌ها در مورد اتکا به آنها برای قضاوت درباره ایمنی محتاط باشند.

نرم‌افزار اتصال مولکولی فراتر رفته و نحوه تناسب و اتصال فیزیکی یک داروی بالقوه به پروتئین مورد نظر خود را شبیه‌سازی می‌کند و به شیمیدانان اجازه می‌دهد هزاران ترکیب را روی لپ‌تاپ بررسی کنند. سپس مدل‌های فارماکوکینتیک وجود دارد که بدن را به بخش‌های ریاضی – کبد، کلیه‌ها، جریان خون – تقسیم می‌کنند تا نحوه جذب، تجزیه و پاک‌سازی داروها را پیش‌بینی کنند. این رویکرد می تواند به تخمین دوزهای ایمن در گروه هایی از افرادی که به ندرت در کارآزمایی ها شرکت می کنند، مانند کودکان یا زنان باردار، کمک کند.

هیچ یک از این ابزارها به تنهایی تصویر کاملی از یک دارو را ارائه نمی دهند. اما با هم، آنها می توانند به محققان کمک کنند تا ترکیباتی را که به احتمال زیاد موفق می شوند، به صفر برسانند و سپس آنها را با ارگانوئیدها، اندام های روی یک تراشه و آزمایش های حیوانی باقی مانده بررسی کنند.

موانع پذیرش علم جدید

در عمل، هنوز ممکن است سال‌ها یا حتی دهه‌ها طول بکشد تا روش‌های غیر حیوانی به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند. تست تب انجام دهید، روشی پرکاربرد برای بررسی اینکه آیا داروها حاوی آلاینده هستند یا خیر. برای بیش از یک قرن، تنظیم‌کننده‌ها تزریق داروهای جدید را به خرگوش‌ها اجباری کرده‌اند تا ببینند آیا این داروها باعث ایجاد دمای بالا در حیوانات می‌شوند که نشانه‌ای از عفونت است - ساده، مؤثر و ناخوشایند برای خرگوش.

جایگزین های استفاده از خرگوش برای دهه ها وجود داشته است. به عنوان مثال، آزمایش غربالگری با استفاده از خون خرچنگ نعل اسبی، که در تماس با سموم باکتریایی لخته می شود، مربوط به دهه 1970 است. سپس، یک آزمایش غیر حیوانی در دهه 1990 پدیدار شد: یک آزمایش خون انسانی که پاسخ های ایمنی به آلاینده ها را اندازه گیری می کند.

با این حال، تا این سال طول کشید تا آزمایش خرگوش رسما متوقف شود، و سپس فقط در اروپا - این آزمایش در برخی کشورها، از جمله ایالات متحده، ادامه دارد.

خرگوش هنوز به طور گسترده در تحقیقات حیوانات استفاده می شود

برخی از تأخیرها به احتیاط قابل درک کاهش می یابد. کمپ می‌گوید: «تنظیم‌کننده‌ها می‌گویند که فقط زمانی می‌توانند درباره کافی بودن داده‌ها قضاوت کنند که مردم آن‌ها را به آنها ارسال کنند». و شرکت‌ها می‌گویند، خوب، ما فقط داده‌هایی را ارسال می‌کنیم که می‌دانیم تنظیم‌کننده‌ها می‌پذیرند.»

نقشه‌های راه جدید با اعتبارسنجی مدل‌های غیرحیوانی و ایجاد دستورالعمل‌هایی در مورد استفاده از آن‌ها در توسعه دارو، سعی در شکستن این بن‌بست دارند.

همچنین می تواند برای دانشمندان شغلی چالش برانگیز باشد که از قلمرو آشنا حرکت کنند. اینگبر می‌گوید: «آکادمیک‌ها عموما تمایل به انجام کارهای افزایشی دارند، و یادگیری یک روش کاملا جدید بسیار دشوار است.

با این حال، برخی از علائم حرکت وجود دارد. یک تجزیه و تحلیل در سال 2024 از تحقیقات در مورد سرطان سینه، بیماری ریه، سرطان خون، بیماری قلبی، بیماری های عصبی، دیابت و سم شناسی نشان داد که تا سال 2022، انتشاراتی که فقط از روش های غیر حیوانی استفاده می کردند، از کسانی که از حیوانات در هر هفت منطقه استفاده می کردند، پیشی گرفت. این می تواند به دلیل افزایش تست هایی باشد که در پاسخ به ممنوعیت تست لوازم آرایشی اتحادیه اروپا انجام شده است.

پول دولت نیز ممکن است این تغییر را تسریع کند. چین در سال 2024 پروژه ای را برای سرعت بخشیدن به توسعه مدل های بافت انسانی رشد یافته در آزمایشگاه راه اندازی کرد. در ایالات متحده در سال 2025، NIH اولین مرکز توسعه ارگانوئید خود را افتتاح کرد، در حالی که بودجه تحقیقاتی را که فقط از مدل های حیوانی استفاده می کردند، متوقف کرد. در استرالیا، دولت نیو ساوت ولز 4.5 میلیون دلار در سال 2024 برای برنامه کاهش و جایگزینی حیوانات در تحقیقات پزشکی اختصاص داد.

هیچکدام از اینها به این معنی نیست که تحقیقات روی حیوانات هرگز به طور کامل حذف نخواهد شد. مایکل حاجی‌آرگیرو، زیست‌شناس مولکولی و سلولی در انستیتوی فناوری نیویورک، می‌گوید: «تحقیقات حیوانی است که به ما در سطح ارگانیسم می‌دهد که همه این مواد آزمایشگاهی، از جمله ارگانوئیدها، ندارند». حذف یک ژن از سلول های ظرف، و عواقب آن اغلب جزئی است. آن را از یک حیوان زنده حذف کنید و می تواند فیزیولوژی آنها را تغییر دهد.

حاجی‌آرگیرو می‌گوید: «ما باید به کنگره آموزش دهیم. آنها باید بدانند که تحقیقات حیوانی چقدر برای کشف علمی اهمیت دارد.

راسین فکر می‌کند که لفاظی‌های سیاسی در مورد کاهش آزمایش‌های حیوانی گاهی فراتر از آن چیزی است که شواهد توجیه می‌کنند. او به ویژه تحت تاثیر تعهد آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده مبنی بر حذف الزامات آزمایش آفت کش ها بر روی پستانداران تا سال 2035 قرار نگرفته است.

از آنجایی که کشت سلولی اغلب نسبت به یک حیوان دست نخورده به مواد شیمیایی حساس تر است، خطر ممنوعیت موادی را دارد که در غیر این صورت در دوزهایی که افراد با آن مواجه می شوند بی ضرر هستند. حتی مخالفان متعهد مانند کمپ نیز قبول دارند که برخی از تحقیقات حیوانی همیشه ضروری خواهد بود. برای مثال، با توجه به پیچیدگی سیستم عصبی مرکزی و مغز، دیدن اینکه چگونه تحقیقات در مورد بیماری های روانپزشکی و عصبی می تواند در غیر این صورت ادامه یابد، دشوار است.

اما شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه محرک نظارتی برای جایگزینی تأثیر مثبتی دارد. در گزارش پیشرفت سال اول خود، FDA اعلام کرد که تغییر در آزمایش سمیت پستانداران برای برخی از درمان‌های مبتنی بر ایمنی، صدها پستاندار غیرانسانی را نجات داده است و با گسترش روش‌ها، «پتانسیل [نجات] هزاران حیوان دیگر وجود دارد».

اما در حالی که تغییر روش‌های جایگزین ممکن است فرآیندی طولانی و پرزحمت باشد، حداقل 190 میلیون دلیل وجود دارد که می‌توان به آن ادامه داد.