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研究での動物使用を支持する人々は、人間以外の動物は科学的には十分人間のモデルになるのに似ているが、道徳的には実験を許容できるほど違っていると主張します。 他の感覚のある種に苦痛を与えることに対する倫理的な反論に加えて、サイズと生理学の両方における人間との違い、遺伝的な違い、生物学的標的の変化など、動物モデルに関する固有の問題は、動物モデルから収集したデータを人間に変換する能力を制限する。
さらに、人間の病気の研究に動物を使用すると、動物に病気を誘発する人工的方法は、人間で自然に起こる病気の方法からかけ離れ、そうした研究の価値を制限している。 動物モデルに依存する科学実験の妥当性、有用性、費用、倫理性は、動物擁護団体だけでなく、科学界の人々からもますます疑問視されています。だからこそ、研究者にとって、人間の生物学をよりよく反映し、人間の健康と幸福を改善する可能性を最大限に高めるモデルを開発し利用することが必要なのです。
以下のセクションでは、科学における動物の使用を減らし、洗練し、最終的に置き換えることを約束する、伝統的な代替法と最先端の代替法の両方について説明します。
試験管内細胞培養
細胞培養とは、栄養、成長因子、ガスなどの必須要素を含む適切な人工環境において、動物または植物から取り除いた細胞を育てることを指します。 細胞培養は、正常な細胞機能の研究、薬剤のスクリーニングや開発、治療用タンパク質などの生体化合物の生産に利用することができる。 培養細胞は、動物モデルよりも分子操作がしやすく、迅速かつ安価で、再現性が高い。 重要なのは、ヒトの細胞は試験管内で研究できるため、いくつかの研究分野において動物の使用を減らせる可能性があることです。
確立した細胞株や幹細胞など、多くの異なる種類の細胞を研究に使用することが可能です。 幹細胞は多くの異なる種類の細胞に分化する能力があるため、研究者は研究モデルとしての幹細胞の使用に期待を寄せています。 人工多能性幹細胞（iPSC）は、研究室における非常に貴重なツールになりつつある。細胞技術の進歩により、研究者は人々から成体の細胞を集め、胚性幹細胞のような状態に再プログラムし、最終的に目的の細胞タイプに分化させることができるようになったからだ。 これらの細胞は、すでに薬剤開発や病気のモデル化に利用されています。 多くの研究は、プラスチック製の皿に平らな単層で培養した細胞を用いていますが、より生体内のシナリオを模倣するために三次元で細胞を研究しようとする研究もあります。
「オルガノイド」
幹細胞生物学の進歩により、実際の臓器の構造と機能の一部を模倣した体外小型臓器である「オルガノイド」という複雑なモデルの作成が容易になりました。 このモデルは、細胞が自己集合し、複雑な3次元構造へと組織化されることで形成される。 オルガノイドは、疾患モデル、毒物学や創薬研究、臓器発生の研究など、さまざまな分野で利用することができる。 腎臓、肝臓、心臓、肺など、多くのオルガノイドがすでに作成されています。
「オルガン・オン・チップ」
組織や器官レベルの機能をシミュレートするために開発された他のモデルは、生きた細胞が並ぶチャンネルを持つマイクロ流体細胞培養デバイス「オルガン・オン・チップス（Organs on Chips）」です。 これは、生体内で見られる多細胞構造および生化学的・機械的な微小環境を模倣するように設計されている。 この「ミニ器官」は、柔軟なプラットフォーム上で培養された細胞を含み、従来の2次元や3次元の培養では不可能な方法で、形を変えたり物理的な合図に反応したりすることができる。 このようなツールは、機能的な組織や器官のコンテキストにおける細胞の遺伝的、生化学的、代謝的活動をよりよく理解するのに役立ちます。
肝臓、肺、腎臓、腸、骨、胸、目、脳のモデルなど、数多くのマイクロエンジニアリング臓器モデルがすでに作成されており、最適化が続けられています。 ヒトの細胞を用いて開発されたこのようなマイクロシステムが、高価で予測精度の低い動物実験に取って代わり、薬剤開発や毒性試験のプロセスをより正確で人間に適したものにすることが期待されている。
“Human-on-a-Chip”
食品医薬品局 (FDA) は最近、国防高等研究計画局 (DARPA) および国立衛生研究所 (NIH) と共同で、Human-on-a-Chip というプロジェクトに取り組んでいます。 このプロジェクトは、前述の “チップ上の臓器 “をベースに、10種類の人間のミニ臓器が連結された生理学的システムを構成する小型の3次元モデルを作成することを目的としています。 これらの個々の臓器は互いにリンクし、システム全体として機能するため、ヒューマンオンチップは人体の活動や生物学的プロセスをよりよく模倣することができるだろう。 この新しいツールは、毒物検査に革命を起こす可能性がある一方で、さまざまな病状の研究を促進するような改良も可能です。 このツールは、その複雑さと人間との関連性から、実験に関与する動物の数を代替または削減できることが期待されています。
同じチップ上で異なる臓器を接続する最初の試みがすでに行われています。 1436>
コンピュータ・シミュレーション
シミュレーション技術の進歩により、生体システムの複雑で洗練されたモデルの開発が促進されています。 すでに理解しデータを収集している科学上の事象をモデル化することに加え、シミュレーターは新しいアイデアを試し、異なる実験条件を試すことを可能にすることで、私たちの理解を前進させることができます。
剖検研究と死後検体の研究
剖検とは、医師が行う医療処置で、死後に個人の体を徹底的に調べます。 死因や死に方に関する情報を得るだけでなく、病気や怪我に関する多くの情報を収集することができます。
疫学研究
疫学は、集団における病気の発生、分布、制御の研究に焦点を当てた研究分野であり、科学者が病気をいつ、どこで、どのように発生するかを最もよく理解できるようにするものである。 疫学者は、病気の原因やその他の人間の健康問題を調査することで、病気の蔓延を防ぎ、公衆衛生問題の再発を阻止できるため、科学を発展させ、人間の健康と幸福を向上させる上で重要な役割を担っている。 疫学者の重要な仕事のひとつは、病気に関連する危険因子（環境やライフスタイルの要因など）や、病気から身を守るための要因を特定しようとすることです。
疫学研究は、喫煙とがんの関係を実証し、職業分野における化学物質曝露と病気の関連を明らかにしました。
非侵襲的イメージング
磁気共鳴イメージング（MRI）、コンピュータ断層撮影（CT）、超音波など、身体の画像を提供する医療技術の利用は、身体の仕組みに対する我々の理解を大きく広げ、診断医学において重要な役割を担っている。 これらの技術の使用は、意味のあるデータを患者集団から直接得ることができるため、代替となりうる。
ナビは、3Rの全体目標は動物使用の代替であると考えているが、画像技術は実験における動物使用の削減と改良においても重要な役割を果たすことがある。 例えば、ある動物モデルで病気の進行を見る場合、研究者は毎週動物を犠牲にしてデータを収集することがあります。 しかし、イメージングを用いれば、同じ動物で連続的に研究を行い、動物の一生を観察することができるため、使用する動物の数を大幅に減らすことができます。
マイクロドージング
マイクロドージングとしても知られる「フェーズゼロ」臨床試験は、動物で安全性および毒性試験を行う薬の数を減らすことができるアプローチであり、試験に使用する動物の数を減らすことになります。
第0相試験では、1人か2人という非常に少数の人間のボランティアが、新薬の非常に少量の、薬理効果や副作用をもたらさないほどの量を投与されることになります。 これらの試験から、人体がどのように薬剤を吸収、分布、代謝するかという情報を含む、人体内での化合物の運命を決定することができる。 新しい化合物の微量投与は非常に少ないので、ボランティアに与えるリスクは非常に小さい。 このような試験パラダイムは、新規化合物の安全性、薬理学的、毒性試験で使用する動物の数を大幅に削減する大きな可能性を秘めている。なぜなら、新規化合物がヒトで望ましい効果を発揮しない場合、その化合物は動物で追加の安全性試験を受ける必要がないためだ
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