逃離動物實驗的宿命 器官晶片助攻、增效能

作者：胡安妤（動物當代思潮特約記者）

青蛙解剖的集體記憶 能否不再？

高中活體解剖實驗，是不少「第三類組」同學的共同回憶。那隻作為課堂祭品的青蛙，被同學用乙醚迷昏，或是以腦脊髓穿刺終結性命後，肚皮便開始被劃上第一刀、第二刀，內臟也一副、一副地被取下，供同學觀摩、學習，直至軀體遭掏空、臟體不再跳動。

這或許是某些人回憶中的情節，但也不是每個故事皆循規蹈矩，其中不乏青蛙喪命於意外的「工傷事故」，又或者「親手宰殺」的行為太過殘忍，讓有些同學下不了手。活體解剖實驗，成為實驗動物們無回頭路的死亡之旅，還有中學時代既殘酷又鮮明的特殊經驗。

「青蛙先用乙醚麻醉後再解剖，是否即為人道？」、「基於『使用者描述』，部分同學恐懼活體，部分同學則會玩弄生命，那麼活體解剖實驗是否恰當？」交通大學「生醫設計與實作」的課堂上，同學提出反思及質疑，期盼能透過教具設計，取代青蛙的壯烈犧牲。

高死亡比 動物一去不復返的實驗

雖然市場上已有相關產品提供著這樣的服務，好比青蛙解剖模擬網站、青蛙透視模型等，面對稱不上新穎的構思，但「生醫設計與實作」開課教授陳冠宇仍鼓勵學生「小題大作」，除了實際打造出實體的LED心臟，更體現了陳冠宇所關懷的人道意識。

陳冠宇任教於交通大學生醫研究所，專攻肺器官晶片研究，曾獲諸多國內外指標性大獎，現年36歲的他，學生時代時也曾操作過無數次動物實驗。他攤開全球動物的實驗概況，每年有1500萬隻動物用於各項實驗中，以藥品測試最為廣泛，較出乎意料的是，絕大多數實驗在大學中進行，並非企業，對此，台灣也具相同情況，最新資料指出，2017年的動物使用量總計為378萬隻，研究機構及學校單位各佔31%，而生物生技藥廠僅佔5%，懸殊差距及龐大使用量的背後，不免令人懷疑濫用的可能性。

陳冠宇進一步具體化數據，以齧齒類動物為例，如大家耳熟能詳的小白鼠，在台灣約72萬隻用於實驗，根據統計，實驗結束後的死亡比高達80%。此外，陳冠宇犀利指出，若就藥物開發，鑒於動物與人類間的物種差異，或許動物的複雜臟體運作及反應上能給予人們參考，但其結果仍舊無法全然採信，畢竟，人與人間即有相當的差距（如種族、體質及遺傳），何況是實驗動物及人類。

在節節攀升的經費投入與龐大動物使用量下，動物實驗的成效不但與摩爾定律背道而馳，且多以失敗收場。「花了這麼多時間、金錢，犧牲這麼多動物，去做這樣的事情，到底值不值得、該不該改？」陳冠宇感嘆生命無辜殞落，也積極找尋共善的未來羅盤。

無辜動物的「逃生出口」？器官晶片助減量、增效能

課堂上的動物解剖實驗，部分能以教材取代，那藥物開發測試用的動物實驗，有何「逃生出口」？陳冠宇端出「器官晶片」作為解套方案，來減少部分臨床試驗前的動物使用，以及實驗動物與人類間無法通融的扞格。

器官晶片並非新玩意，早在2008年即有相關研究，近年美國FDA更簽訂合作協議，將肺器官晶片應用在COVID-19疫苗的治療及安全性評估。器官晶片是項體外系統，能重現人類組織或器官的特定功能及生理反應，值得注意的是，器官晶片並非指在器官上植入晶片，也不是單一晶片即可代表某一完整的器官及生理運作。

舉例而言，陳冠宇團隊所專攻的肺晶片，便是將肺部的組織拆解，有些晶片具有支氣管功能，另些則作為肺泡，再將各晶片串流在一塊，便能得到一組得以模擬特定肺臟運作的器官晶片。若要研究空氣汙染之於肺病變，將造成何種心血管疾病時，即可透過肺晶片告訴你相應答案。

在動物實驗替代方案中，器官晶片盤據的位置不在於全面頂替，而是從動物實驗較難達成、耗時較久等「弱點」著手。

好比農藥、藥品等，往往需經過長期性的吸入式毒理測試，卻常因實驗動物過早或不持久的毒理反應，導致動物生命的無謂消耗，以及測試週期的延長。此時即可使用器官晶片，如藉由肺晶片系統的長期動態循環，取得生物標誌（bio-marker）相關數據，作為動物實驗的前哨，抑或人體危害程度的佐證，同時，協助降低動物實驗的時間與金錢成本，並加速藥物開發的流程。

正方興未艾 器官晶片的發展與限制

器官晶片並不是全面替代動物實驗的萬靈丹，在應用上，陳冠宇總強調「減量」及「加速」，以及動物實驗所「辦不到」的事，畢竟「如果只以動物實驗能做的思維去思考，需求性就沒那麼強烈。」陳冠宇說。

此外，器官晶片的發展雖方興未艾，但其技術門檻與複雜性較高，除了與相關研究單位進行技術合作外，器官晶片的大門仍未對大多實驗室打開，又，若操作上不如動物實驗容易，實驗人員也沒有棄動物實驗、轉投器官晶片的動機。

在這樣的重重障礙下，該如何突破重圍？陳冠宇點出幾項觀察。首先是器官晶片系統與模型的優化與簡化，在陳冠宇的實驗室，近半年來便聚焦於此，除盼器官晶片能使用者友善、力求量化生產，也期待器官晶片能成為一般研究室的單純耗材，而非須經法規核准、於特定場域使用的醫療器材。

再者，量夠且真確的仿真數據也有其必要，畢竟器官晶片是用於生理感測及分析的工具，能否令人信服，有賴足夠的生理反應數據。陳冠宇團隊也持續開發系統與模型，如肺部纖維化、癌症移轉模型、導入COVID-19應用的系統等，現正大量測試與運作當中。「我們也察覺到，過往沒有這麼嚴重的疫情，隨著疫情來臨，大家對仿生系統的需求變得很強烈。」陳冠宇說，從使用者端的需求思考、做出客製化的器官晶片系統是一大邁進方向。

在大眾對器官晶片的價值認知方面，陳冠宇也提醒，器官晶片的功能再現是相當特定的，幾分數據或生理反應說幾分話，不存在A疾病的再現能解釋B疾病反應的說法，「即便做的都是肺模型，但不會說特定肺部癌症的模型，能夠預測氣喘。」陳冠宇解釋。

儘管大多時候都專注於學術研究，但對於器官晶片，陳冠宇還有更多的期許，他說：「其實器官晶片的技術不只是要走向商業化或商機，我們也希望它能夠替台灣的社會達到公平世代，不只是在產業面，而是產、官、學都要共同合作，把這件事一起做好。」除了在科學上的發展外，器官晶片技術也是陳冠宇用科技提升社會價值，善盡社會責任的方式。

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