В ноябре прошлого года правительство Великобритании объявило о смелом плане по постепенному отказу от тестирования на животных в некоторых областях исследований. В этом году планируется отказаться от тестирования на животных на предмет раздражения кожи, а к 2030 году — от некоторых исследований с участием собак. Долгосрочная цель — «мир, в котором использование животных в науке будет прекращено во всех случаях, кроме исключительных», говорится в правительственной политике.
Почему отказ от тестирования на животных не является решением проблемы в биомедицинских исследованиях
Другие страны предпринимают аналогичные шаги. В апреле прошлого года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) объявило о планах сделать так, чтобы через 3–5 лет исследования на животных стали «скорее исключением, чем нормой» при тестировании безопасности и токсичности лекарств.
В том же месяце Национальный институт здравоохранения США (NIH) представил инициативу по сокращению использования животных в исследованиях, которые он финансирует. В этом году Европейская комиссия планирует опубликовать дорожную карту по отказу от тестирования на животных при оценке химической безопасности.
Этические соображения и забота о благополучии животных уже давно подталкивают к попыткам ограничить использование животных в научных исследованиях, а стремительное развитие альтернативных научных методов ускоряет этот процесс.
К таким «методологиям нового подхода» (New Approach Methodologies, NAM) относятся устройства, известные как «органы на чипе», трехмерные тканевые культуры, называемые органоидами, и вычислительные модели, такие как системы искусственного интеллекта.
Согласно анализу исследований семи заболеваний, проведенному организацией Animal Free Research UK, которая выступает за отказ от экспериментов на животных, в период с 2006 по 2022 год количество биомедицинских публикаций, в которых использовались только неинвазивные методы, выросло с 25 000 до 100 000.
И Китай вкладывает значительные средства в эту область: в 2024 году он запустил систему эмуляции физиопатологии органов человека, инфраструктурный проект, посвященный развитию NAMs, поддержанный инвестициями в размере 2640 миллионов юаней (382 миллиона долларов США).
Сторонники этой идеи утверждают, что NAM могут лучше, чем животные, имитировать биологические процессы в организме человека и предсказывать, будут ли новые лекарства безопасными и эффективными.
Органы на чипах и органоиды часто создаются из человеческих клеток, а вычислительные модели могут разрабатываться на основе данных о человеке.
По словам Дональда Ингбера, биоинженера из Института биологической инженерии Висса в Бостоне, штат Массачусетс, и соучредителя бостонской биотехнологической компании Emulate, специализирующейся на органах на чипах, переход к альтернативным моделям «давно назрел».
Однако, по словам ученых, до полного отказа от использования животных в исследованиях еще далеко. Некоторые биологические системы слишком сложны и непредсказуемы, чтобы их можно было изучать без участия животных.
Кроме того, многие альтернативные методы еще предстоит проверить на достоверность, чтобы убедиться, что они достаточно точно и воспроизводимо отражают систему, которую моделируют, и соответствуют требованиям регулирующих органов в сфере лекарственных препаратов и химических веществ. «Не все эти [альтернативные] модели готовы к использованию», — говорит Ингбер.
Сокращение исследований с использованием животных
На протяжении десятилетий предпринимаются усилия по замене, сокращению и совершенствованию методов использования животных в научных исследованиях (так называемая концепция 3R).
В некоторых странах использование животных в научных целях уже сокращается. Данные из Великобритании показывают, что количество научных процедур с участием животных сократилось с 4,14 миллиона в 2015 году до 2,64 миллиона в 2024 году (см. «Сокращение количества»).
В период с 2018 по 2022 год общее количество животных, используемых в исследованиях и испытаниях в Европейском союзе и Норвегии, сократилось на 5%. (Точное количество животных, используемых в США, установить сложно, поскольку закон не требует отчитываться о крысах, мышах и рыбах.)
В Соединённом Королевстве около 76% экспериментов на животных проводятся в рамках фундаментальных и прикладных исследований: для изучения организмов, моделирования заболеваний и разработки новых методов лечения.
Ещё 22% экспериментов проводятся в рамках регуляторных процедур — в основном для проверки токсичности и безопасности новых лекарств и других химических веществ перед их применением. Около 67% всех экспериментов проводятся на мышах или крысах.
Но у этих и других животных есть свои ограничения, особенно когда речь идет о понимании природы человеческих заболеваний и поиске способов борьбы с ними.
Лекарства, которые показали свою эффективность на животных в ходе доклинических испытаний, часто оказываются неэффективными при применении на людях. Это одна из основных причин, по которой около 86% экспериментальных препаратов терпят неудачу в ходе клинических испытаний2, и причина, по которой многие исследователи сосредоточены на разработке альтернативных вариантов.
Возьмем, к примеру, сепсис — тяжелую реакцию на инфекцию. Исследователи разработали более 100 методов лечения сепсиса, которые показали многообещающие результаты на грызунах, но оказались неэффективными в ходе клинических испытаний.
Отчасти это связано с различиями в иммунной системе человека и грызунов, а также со сложностью моделирования сложного состояния, которое у разных людей проявляется по-разному, на инбредных мышах, генетически схожих и выращенных в одинаковых условиях.
Джозеф Ву, кардиолог и исследователь из Стэнфордского университета в Калифорнии, и его команда разрабатывают подход, который они назвали «клиническими испытаниями в пробирке». Он заключается в получении индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) от людей с различными заболеваниями, выращивании из них клеток или органоидов, а затем проверке того, улучшают ли потенциальные лекарства работу «больных» моделей.
За альтернативами тестированию на животных будущее — пора, чтобы журналы, спонсоры и ученые обратили на них внимание.
В одном из исследований 2020 года были выращены индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, а затем эндотелиальные клетки, выстилающие кровеносные сосуды, из клеток членов семьи с мутацией гена, которая может вызывать распространённую форму сердечной недостаточности.
Используя эти клетки, исследователи смогли протестировать возможные препараты и подобрать один, который помог улучшить работу сердечно-сосудистой системы у двух членов семьи с мутацией и который можно использовать более широко.
По словам доктора Ву, внедрение этого метода в процесс разработки лекарств может помочь определить эффективность препарата еще до испытаний на животных, сократить их количество и повысить успешность клинических испытаний.
Исследования показывают, что некоторые методы неинвазивной диагностики так же эффективны, как и тесты на животных, а то и лучше.
Компания Emulate разработала систему «орган на чипе» под названием Liver-Chip — устройство размером с USB-накопитель, в котором клетки человеческой печени выращиваются в крошечных каналах, заполненных жидкостью, и используются для проверки потенциальных лекарств на предмет возможного повреждения печени.
Исследования показали, что чипы могут с точностью до 87% определять соединения, которые, как известно, вызывают повреждение печени, не помечая при этом безвредные соединения как токсичные.
Исследования на животных не всегда являются приоритетом: исследователям следует искать альтернативные варианты
Эдвард Келли, токсиколог из Вашингтонского университета в Сиэтле, и его коллеги разработали чип-модель почки, которая может воспроизводить некоторые аспекты острого повреждения почек у человека и рассматривается в рамках программы ISTAND. Однако, по его словам, устройство включает в себя только один из более чем двух десятков типов клеток почки. «Это редукционистский подход, который позволяет нам изучать эти клетки более детально. Но для понимания того, что происходит в целой человеческой почке, по-прежнему необходимы исследования на животных», — говорит он.
Варианты органоидов
Еще одна популярная альтернатива тестированию на животных — органоиды, трехмерные живые системы, во многом повторяющие структуру реальных тканей или органов.
За последнее десятилетие или около того исследователи создали широкий спектр органоидов, которые могут моделировать различные заболевания человека, в том числе рак и генетические нарушения, такие как муковисцидоз, и использовали их для поиска возможных лекарственных препаратов и тестирования на токсичность.
Так ученые создали органоиды печени человека из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. С их помощью они разработали инструмент для скрининга токсичности, который выявляет вещества, нарушающие транспорт желчи и митохондриальную функцию органоидов. Этот метод показал высокую точность при тестировании 238 зарегистрированных лекарственных препаратов.
Вычислительные модели
Третий вариант — это вычислительные модели, с помощью которых исследователи проверяют, как ведет себя то или иное лекарство.
В 2021 году группа ученых разработала инструмент для проверки того, вызывает ли то или иное соединение кожную сенсибилизацию — аллергическую реакцию у людей. Это стандартная часть проверки безопасности химических веществ, используемых в промышленных и бытовых товарах, а также в лекарствах, и обычно для этого требуются испытания на животных.
Команда разработала виртуальный тест на основе данных о 430 химических веществах, полученных в ходе предыдущих исследований на людях, мышах и в лабораторных условиях, и показала, что он может точно определить вещества, которые с вероятностью 1% вызывают кожную реакцию.
В прошлом 2025 г. Организация экономического сотрудничества и развития, устанавливающая международно признанные стандарты тестирования химических веществ на безопасность, одобрила этот метод тестирования на кожную аллергию.
Исследователи надеются, что искусственный интеллект тоже может помочь. Несколько регулирующих органов, включая FDA и Европейское агентство по лекарственным средствам (EMA), работают над интеграцией инструментов искусственного интеллекта в свои системы оценки безопасности химических веществ или лекарств.
В 2023 году исследователи из Национального центра токсикологических исследований Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в Джефферсоне, штат Арканзас, и их коллеги использовали клинические данные о более чем 8000 крысах, которых лечили 138 соединениями, для создания генеративной модели искусственного интеллекта под названием AnimalGAN.
В ходе смоделированного эксперимента с участием 100 000 виртуальных крыс команда показала, что модель может правильно оценить токсичность для печени трёх препаратов со схожей химической структурой. Теперь этот подход является частью более масштабной программы агентства по внедрению инструментов искусственного интеллекта в токсикологию.
Фармацевтическая отрасль все активнее инвестирует в новые модели. Марианна Манчестер, руководитель отдела фармацевтических наук международной фармацевтической компании Roche в Базеле, Швейцария, говорит, что компания проводит все больше исследований с использованием новых моделей для тестирования потенциальных лекарств в таких областях, как онкология и иммунология. В
2023 году компания открыла Институт биологии человека, который занимается разработкой систем моделирования человеческого организма, в том числе органоидов, для ускорения разработки лекарств.
Данные о животных по-прежнему обязательны для большинства заявок на новые лекарства для получения маркетингового одобрения в Соединенных Штатах и Европе, но компания отказалась от использования данных NAMs для 12 заявок в регулирующие органы, включая FDA и EMA, сообщает Manchester.
Источник: Nature
