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為實驗而生的動物們:國研院實驗動物中心專訪

Suzuki
・2019/08/30 ・4444字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

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。

國研院動物中心台北中心剛剛遷入的國家生技園區實驗動物中心大樓依山傍水,是全世界少數綠建築形式的實驗動物房。(照片提供:國研院動物中心)

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。

大鼠們大口吃飼料的樣子(已融化)照片提供:國研院動物中心

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。

國研院動物中心飼育環境的平面圖,進入藍色區域的動物飼養區前,工作人員需要洗澡換裝,而黃色滅菌區則是動物食材準備區,工作人員進入僅需要吹塵。(圖/簡鈺璇拍攝)

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。

飼養小鼠的動物房內地板光滑,沒有任何接縫,避免積灰塵。
(圖/國研院動物中心提供)
台北中心動物房的模型示意圖,可以發現動物房分兩層,有點類似樓中樓的設計,一層是飼育動物的區域,二層則是貓道,是讓維修人員走的,方便由上而下進行設備維修。(圖/簡鈺璇拍攝)

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。

工作人員每天都會巡房、紀錄,確保每隻老鼠的狀況,圖為母鼠哺育幼鼠的情況。(照片提供/國研院動物中心)

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。
擬人鼠是國研院動物中心用心開發的結晶,能大幅提升藥物實驗的品質,並減少一般小鼠的實驗犧牲數量。(照片提供/國研院動物中心)
  • 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。
秦咸靜博士與國研院動物中心同仁經常到校園推廣動物福祉,希望從小教育孩子尊重生命。(照片提供/國研院動物中心)

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。

圖為研究人員取動物血清進行生化分析(照片提供:國研院動物中心)

「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。

國研院動物中心主任余俊強認為,建立人道實驗精神與文化是動物中心的使命之一。圖/簡鈺璇攝影。

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。

也許將來,全器官的支持系統完成,小鼠就不用再為人類犧牲了。(圖/國研院動物中心提供)

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。

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Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》