泛知識節紀實：你不知道的實驗動物

隨著 COVID-19（俗名：武漢肺炎）疫情在全球各地升溫，許多大學、研究機構都採取停課措施，以避免校園成為病毒傳播的溫床。在疫情的陰影之下，校內學生和教職員除了上課受到影響，諸多進行中的科學研究計畫也被迫停擺，導致各領域的研究發展都受到重挫。

許多研究人員表示，他們過去不曾經歷過如此大規模的研究工作受到中斷，疫情造成的損失更是難以數計；《Science》的主編 Holden Thorp 也說，如果實驗所需物品的供應和研究進度持續停滯，「我們將失去很多科學知識。」

研究人員在家工作，生物醫學研究停擺

上週，哈佛大學文理學院向教職員工生發布通知，要求大家在 3 月 18 日前逐步減少研究活動，接下來的 6 到 8 週則暫停前往實驗室。愛荷華大學、塔夫茨大學等學校也祭出類似措施，以防堵肺炎疫情擴散。

考量到公共衛生與研究人員的健康，大部分的實驗室也都遵守學校及研究單位的規定，讓實驗室人員在家閱讀文獻、分析資料，例行性的實驗室會議也改為線上討論。

然而，生物醫學研究並非在家中書房內或是沙發上就可以完成，缺乏特殊裝備、儀器及實驗動物，研究幾乎完全停擺。哈佛研究員 Richard Lee 就表示，他所在的實驗室正在進行一項為期 4 至 6 個月的老鼠實驗，關閉實驗室意味著他們過去幾個月付出的時間和心血將付諸東流；此外，該實驗室正在進行的老人免疫系統 DNA 研究也暫時中止，復工之時遙遙無期。

大腸桿菌當然也不是可以在家培養的東西。

密西根州立大學的 Richard Lenski 自 1988 年起，致力於觀察微生物生長、演化的情形，至今已培養超過 73,000 代的大腸桿菌。為抵擋這波來勢洶洶的肺炎疫情，Richard Lenski 決定將大腸桿菌冷凍保存，中斷 32 年來從未停歇的實驗。

為了降低損失，約翰霍普金斯大學則將校內正在進行的臨床研究實驗依據急迫性和重要性分為三等級：

• 第一等級：為「非做不可 ( essential ) 」，包含和 COVID-19 有關的試驗，以及停止試驗將對患者生命有即刻威脅性的臨床研究，此類研究可以如常進行，也可以繼續招募新的受試者。
• 第二等級：包含多項癌症試驗，研究者可在減少人與人面對面接觸的情況下繼續工作。
• 第三等級：多為長期追蹤的世代研究，研究者僅能透過 e-mail 或是電話方式與受試者聯繫。

實驗動物缺乏照顧只能自生自滅？

實驗室關閉的另一大隱憂，是實驗動物的照顧問題。哈佛大學演化生物學家 Hopi Hoekstra 的實驗室中，飼養了許多用於觀察動物行為的老鼠，而這些特殊樣本都是研究團隊辛苦從野外蒐集回來的。若疫情持續延燒，將導致動物照護人力短缺，最壞的情況下，研究團隊可能需要撲殺實驗室內一半的動物。

不過，約翰霍普金斯大學及耶魯大學的動物資源中心主管受訪時表示，事情並沒有大家想像的那麼悲觀。他們讓動物照護人員採輪班制，減少彼此間的接觸，以降低整個團隊工作停擺的機會，且研究機構內有多個動物照護團隊，若不幸有工作人員染病或需隔離，可以由其他團隊人員替補，因此不用擔心實驗室內的動物無法得到必要的照顧。

約翰霍普金斯大學研究動物資源中心副主任 Eric Hutchinson 認為，即使疫情真的到了無法控制的地步，大部分的實驗動物都可以在僅供給食物和水、不清洗籠子的情況下，安穩存活 14 天。耶魯大學動物資源中心副主任 Peter Smith 則說，若真的不幸有一半的動物照護人員停工，他們仍可以進行基本的動物保健。

上至天文下至地理，各領域學者皆成受災戶

當然，除了生物醫學領域的科學研究之外，其他領域的科學研究也因為實驗室停工、全球各地的入境管制、經濟衝擊等改變而受到或大或小的影響。

密西根大學物理學者 David Gerdes 見全球疫情嚴峻，因而取消了 4 月前往智利天文台觀測的計畫。不巧的是，NASA 的新視野號 ( New Horizons ) 目前正以每小時 3.6 萬英里的速度經過古柏帶 ( Kuiper belt ) 的中心，因此正是近距離觀察古柏帶物體的絕佳時機，若放棄了這次的觀測，未來 10 年內可能再也盼不到這麼好的機會。

而流行病學家 CamilaGonzález-Beiras 原本在巴布亞紐幾內亞內進行熱帶肉芽腫 ( yaws ) 抗生素研究，然而，武漢肺炎疫情在全球擴散之後，當地的衛生官員被調派至機場執行檢疫工作，資助此研究計畫的世界衛生組織及當地衛生單位也將經費挪至防疫用，以西班牙籍工作人員為主的工作團隊更因班機取消而無法前往巴布亞紐幾內亞。因此，此項攸關當地人民健康的研究被迫暫時停止。

就連美國國家航空暨太空總署 ( NASA ) 的 2024 年登月計畫也難逃武漢肺炎的攪局，位於紐澳良市的火箭裝配廠由於當地疫情升溫而關閉，原定 3 月 20 日進行的太空發射系統 ( Space Launch System ) 及獵戶座太空船 ( Orion ) 測試工作皆取消。這表示已經延宕多年的登月時程將再度推遲，NASA 重返月球的日子仍不明朗。

雖然心血結晶可能在這波疫情之中成為泡影，但大部分的研究者為了將資源留給公共衛生，並照顧自己與研究夥伴的健康，多選擇乖乖待在家中，進行實驗數據的推算與分析，或是編寫未來的研究計畫。同時，他們也在心裡祈禱著疫情獲得平息，早日重返他們熱愛的科學研究與熟悉的實驗室。

參考資料

• Updated: Labs go quiet as researchers brace for long-term coronavirus disruptions
• Respirators, quarantines, and worst-case scenarios: Lab animal facilities grapple with the pandemic
• Coronavirus pandemic forces some research labs to shut down, with uncertain futures for scientific projects
• COVID-19 pandemic disrupts U-M research projects far and wide
• 武漢肺炎攪局，美國 2024 年重返月球夢恐延宕

• 圖文／肉桂是一隻貓
• 責任編輯／郭宜蓁、張語柔

生活中，除了無所不在的一氧化二氫，我們還能接觸到各式各樣的化學物質，像是藥物、疫苗、保養品、化妝品、健康食品等。然而，我們之所以能夠毫無顧慮地讓這些化學物質直接碰觸我們的皮膚，甚至是影響我們的身體，是因為背後有一群大功臣——「模式生物」。牠們的貢獻還不只於此，在人類疾病、心理學、遺傳學、發育生物學、神經科學等研究中，牠們也佔有重要的位置。

什麼是「模式生物」呢？模式生物是實驗動物的一種，是被廣泛研究，並對其構造與生物現象有深入了解的物種。依據針對這些特定物種的科學研究結果，可歸納出涵蓋許多生物的模型。接下來，就讓我們來看看動物中，有哪些較為普遍的「模式生物」吧！

小鼠與大鼠

談及實驗動物，腦中第一個浮現的就是實驗鼠：小鼠（Mus musculus）與大鼠（Rattus norvegicus）。

實驗使用的大小鼠為馴化後的白化品系，白毛紅眼，兩者體型差異甚大，成年雄小鼠約 20~40g，成年雄大鼠約 300~400g。為藥物與毒理試驗的基本實驗動物。

科學研究利用大小鼠進行人類疾病研究，例如高血壓、青光眼等。另外心理學、神經科學研究則利用大小鼠進行水迷宮試驗來觀察空間學習能力或神經生理等。

斑馬魚

斑馬魚（Danio rerio）廣泛運用在發育生物學和分子發育遺傳學的研究，又稱為「水中的小白鼠」。

斑馬魚成魚體長約 4~6 公分，體外受精，受精卵在體外發育，發育過程中胚胎透明容易觀察與操作，為科學家研究脊椎動物早期器官發育和型態分化提供了極佳的觀察研究素材。

許多人類疾病可以成功模擬到斑馬魚上而進行研究，例如癌症或心血管疾病等，並且也已建立斑馬魚的免疫模式，是免疫研究的廣泛運用模式生物。由於斑馬魚幼魚能再生其心臟、體側線的毛細胞、視網膜神經元等重要細胞，故也是用以研究再生的重要模式生物。

非洲爪蟾

非洲爪蟾（Xenopus laevis）兩棲生物，可以說是模式生物裡的少見的青蛙（？）王子。

非洲爪蟾的胚胎大容易進行實驗操作，是發展生物學的重要生物研究材料，並且非洲爪蟾的卵母細胞是分子生物學重要的表達細胞，用以表現 DNA 與 mRNA 之對應蛋白質以進行研究。

黑腹果蠅

黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）體型很小，體長小於 3 mm。

黑腹果蠅的生命週期短，繁殖力強，容易飼養，遺傳物質結構簡單，只有四對共八條染色體，其中一對為性染色體，易於進行基因定位與操作，容易誘導明顯的突變表徵，是研究遺傳學、發育生物學的重要模式生物，黑腹果蠅目前已「貢獻」了 8 個諾貝爾獎。

秀麗隱桿線蟲

秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）非寄生性線蟲，以細菌為食的線性動物，全身體透明，成蟲長度約 1 mm，雌雄同體。

秀麗隱桿線蟲的基因定序在 1998 年完成，也是第一個完成基因體定序的多細胞動物，同時是目前身體每個一細胞都能被溯源的生物，可以說是「超級模式生物」。在發育生物學、細胞凋亡研究作出卓越無可取代的貢獻。

另外，秀麗隱桿線蟲已被成功建構神經完整連接體（Connectome），意為其體內神經系統內所有神經連接的映射被架構完成，是神經生物學研究的模式生物。

「模式生物」之於人類

模式生物幫助科學研究的進行，加速我們對未知的理解，還能檢驗藥物、保養用品的安全性。模式生物的「生命」是我們應該好好重視的，牠們的犧牲奉獻並非理所當然，我們除了感謝牠們的存在之外，盡可能地給予模式生物最好的生活，在運用模式生物前，更要審慎評估，避免濫用以及不尊重其生命。

為了圓人類的太空探索夢， 1957 年蘇聯將狗狗「萊卡」放在太空艙中，測試它對太空環境的耐受度，結果狗兒在進入太空後不久就中暑死亡。

在今年四月中國科學家將人類大腦發育基因植入恆河猴的腦部，試圖解開人腦的思考奧秘，但這個研究飽受各界質疑。生物倫理學家 Jacqueline Glover 更表示「不該創造一個在任何情況下都沒有生命意義的活體」。

講到動物實驗，你想到的是否都是以上的有倫理爭議的實驗？甚至浮現畫面，在蒼白的實驗室中、驚惶的小鼠逃竄……事實上，在越來越強調動物權利的現代，我們對於保障動物福利的要求已經越來越嚴格。那麼如何確保動物在實驗過程中不會承受過多苦痛？尊重實驗動物的福祉呢？這是個重要的問題。

本次我們專訪了今年剛剛新居落成的國家生技研究園區實驗動物中心，來一起看看，在第一線「養動物」的國研院動物中心，如何兼顧實驗需求與動物福祉吧！

要健康快樂實驗才可靠：實驗動物的五項基本權利

目前國際在動物實驗的進行與飼養皆有共識，以實驗動物經典書籍《人道實驗技術之原則》（The Principles of Humane Experimental Technique）為準繩，農委會在 1998 年訂定《動物保護法》。國研院動物中心飼育實驗動物與開發基因改造鼠，為生技與醫藥研究奠下基礎，並以推動台灣實驗動物福祉與教育努力。

國研院動物中心主任余俊強博士表示，讓動物身心健康，實驗結果才會可靠。目前國際上的共識，必須保障實驗動物五項基本權（5F）：

1. 充足的食物和水（Freedom from Hunger and Thirst）
2. 安穩的棲息空間（Freedom from Discomfort）
3. 自由的表現本能（Freedom to Express Normal Behaviour）
4. 放鬆的無憂生活（Freedom from Fear and Distress）
5. 即時的醫療照顧（Freedom from Pain,Injury or Disease）

5F 與動物的生活品質息息相關，簡言之，飼養需考量到動物的「食、住、行、育、樂」。在居住空間上，每種體型的動物都有適當的生活空間，並有同伴一起住維持群居的特性。以掌心大小的小白鼠來說，牠們是住在鞋盒大小的飼育籠內，最多有五隻小鼠同伴當室友。

國研院動物中心目前的設計，每個飼育籠就如同一間間套房，除了飲水器、食物槽、吸濕的墊料外，還有「獨立空調」，能長年維持攝氏 22 度、濕度 50% 的恆定環境。動物房內對於照明、開關燈時間、噪音控制也有要求，確保動物能安穩的生活，也助於動物的繁殖。

維持動物房穩定並不是容易之事，需設置許多備援系統。國研院動物中心企劃推廣組組長秦咸靜博士表示，新的台北動物中心雖在今年一月完工，但為了測試系統對防水、防震與停電的應變就花了六個月，直至最近才將動物移過去，正式啟用設施。她說：「動物中心的系統絕對不能出錯，一出大錯就可能造成小動物的犧牲。」

在基礎設施完備下，國研院動物中心也準備玩具，如：提供棉花讓小鼠做小窩、給予木棒讓大鼠磨牙。對於膽小的動物，如：天竺鼠、兔子，則會播音樂讓牠們習慣有聲音的環境，盡可能滿足其本性，避免動物無聊到在籠子繞圈圈。

每天國研院動物中心的人員也會值班，視察每隻動物的狀況。一發現動物不理毛、傷口癒合慢，出現違反動物常態的行為，便會請獸醫來幫動物檢查，確保動物的身心健康。

動物房內最「髒」的是人類

「動物房內最髒的就是人類！」秦咸靜博士解釋，人類身上常帶有機會性病源，機會性病源不是什麼厲害的角色，大都是在你免疫力弱時，對你發動攻擊讓你長口角皰疹、痘子；但為了動物的健康，人類進入動物房需要「滅菌」。

台北中心的動物房設計分為兩個隔離區，一是動物飼養區，二是備料區，準備動物食材與用品區。動物飼養區的要求比較高，工作人員需要洗澡，換掉內衣褲和衣服才能進動物房，實驗做到一半去廁所後，就要再洗澡進去。由於來回進出相當麻煩，工作人員常一進房就待上半天，相當辛苦呢！

所有小動物要進動物房前，要在外面的保溫箱內做檢疫，確認沒問題才能進去。動物房設計為「正壓」房，也是為了降低病菌流入。

動物備料區的要求則沒那麼高，工作人員吹塵就可以進去，這區主要是協助動物籠具的清洗，還有實驗設備的消毒，工作人員大約一週為動物換籠一次。

此外，細看動物房內裝潢，可發現地板相當光滑、一點接縫都沒有，這是為了避免細菌滋生。動物房天花板上的燈是不能在動物房內直接更換，工程人員必須走動物房上方的特別設計的「貓道」，由上而下換燈管。這樣的設計讓一般的檢修建築無需進入動物房，降低動物暴露在病菌中的機會。

老鼠房內大都是木屑墊料的味道，一點都不臭呢！動物房內的空調系統，會高空排放動物房的氣體，所以國研院動物中心外什麼味道都沒有，而外面的氣體進入也要層層過濾。

人道實驗三原則：替代、減量、精緻化

許多人在高中生物課都有解剖青蛙的經驗，留下了動物實驗人人可以執行的印象。但其實，目前依據《動物保護法》規定，高中以下學校不得進行課綱外足以使動物受傷害或死亡的教學，而為研究所執行的動物實驗，更是需要經過審核才可以執行。

實際上執行動物實驗的規劃，必須符合人道實驗的 3R 原則：替代（Replacement）、減量（Reduction）、精緻化（Refinement）。

• 替代（Replacement）分為直接或間接替代。直接替代就是不要做動物實驗，除了醫學和研究等必要實驗外，許多實驗是有替代方案，像是化妝品能用體外培養的皮膚細胞來做敏感測試，測試功效的保健食品也可用人類做實驗。間接替代則是使用「更有效率的方式」來做實驗，余俊強表示，以往都用一般鼠來做實驗，但實驗效果未必反映在人身上，因此，國研院動物中心開發「擬人鼠」，藉由移植人類基因或特定癌細胞到老鼠上，讓實驗能對症下藥，使得動物的犧牲更有價值。

• 減量（Reduction）顧名思義就是減少實驗動物的使用，每年台灣約有 100 萬隻動物為實驗奉獻，以往為了減少實驗成本，國研院動物中心會希望量產小鼠，但這造成實驗的浪費，現行則依客戶的實驗數量再生產小鼠。此外，國研院動物中心同仁也是許多大學動物實驗委員會的委員，審核實驗動物的合理數量。
• 精緻化（Refinement）強調動物實驗進行的品質，如果實驗者技術好，動物在抽血和縫合時所承受的痛苦就少一點。今年國研院動物中心將打針、抽血等七項核心實驗技術編成課程，提升研究者的實驗技巧。

規劃實驗不能只考慮到結果，還要重視動物權

實驗過程中動物難免會不舒服，就像人生病去醫院打針、治療，可能產生副作用或疼痛一樣，因此確保動物實驗的終止時間，及早人道介入緩解動物痛苦，就非常重要。

以癌症的藥物測試為例，研究人員會將人的腫瘤細胞移植到小鼠的皮下細胞，並分成三組：一組投以有效藥物、一組為測試藥、另一組不治療。可想而知，不治療或測試藥的小鼠可能因腫瘤長大，而承受相當的痛苦。

「動物實驗時不能只考量實驗結果、便利性，還要重視動物權！」秦博士表示，對動物傷害越大的實驗，實驗審查就會更嚴格，研究者必須指出實驗過程中動物可能發生的症狀，包含：非預期的副作用，並明確說明人道介入的時間點。

人道介入的時間通常是實驗足以影響動物的正常生活時，例如：腫瘤超過一公分讓小鼠無法行走、小鼠腹痛蜷縮在角落、傷口癒合不佳等。此時研究者就要介入，並終止讓小鼠繼續實驗。

安樂死是人道介入的方式之一，秦博士說：「很多人會覺得犧牲小鼠很殘忍，但若將小鼠救活後也不能送養或做二次實驗，因此由實驗動物角度來看，最快結束痛苦才是最好的結局。」

建立人道動物實驗文化

余俊強博士表示，實驗人道守則除了 3R 外，還應該外加 1 R: responsibility。在動物福祉的維護上，國研院動物中心的所有同仁，包括司機、廠務都扮演了重要角色。他笑道，國研院動物中心的就連司機在運送過程中也需要對動物給予以無微不至的照顧，選在夜間開車、車速平穩，盡可能不驚擾動物。

余俊強博士期許人道實驗的精神能內化在國研院動物中心的同仁心中，中心因此特地比照獸醫、醫生的宣誓，擬出「動物實驗人員宣誓誓詞」讓研究人員公開表白，為實驗動物福祉努力的決心。

秦咸靜博士表示，她之前也想過可不可以不做動物實驗，但現階段動物實驗仍有必要性，她認為國研院動物中心的同仁是最顧及動物、實驗技巧優異的一群，如果他們不做，那麼還有誰能勝任呢？她勉勵自己和同仁繼續為動物與人類醫學努力。

近年國研院動物中心致力向各大專院校、生技公司宣導這些原則，配合今年台北動物中心搬遷至國家生技園區內，廠房擴大至 8000 坪，動物中心有更多空間推出新型態的服務。

余俊強博士表示，醫療與生技產業是台灣重要的一塊，對實驗動物的品質與福祉要求會越來越高。設備良好的動物房搭建成本相當高昂，所以國研院動物中心也開始推出動物房租用、代業主照顧動物與實驗等服務，也希望藉此更有效改善台灣所有實驗動物的福祉。

我們日常生活中從吃的食品到醫病使用的藥品，都可能有實驗動物的一份貢獻。考量人體的生理機制複雜，現今尚無體外全器官支持系統能替代動物做藥物測試，因此動物實驗仍是醫學發展的必要手段。人們的持續關注與努力，才是讓人類醫藥發展過程中盡可能減少苦痛唯一方法。