還原精煉動物源材料替代品：3Rs

動物源試劑對於(yu) 眾(zhong) 多研究和生物製造應用至關(guan) 重要。如果沒有它們(men) ，許多重要的研究突破和拯救生命的療法就不可能實現。然而，變革的壓力越來越大。主要問題是：

1. 動物福利

2. 對環境造成的影響

3. 生物安全（病原體(ti) 風險）

4. 產(chan) 品一致性

5. 產(chan) 品定義(yi) （了解其中的內(nei) 容）

6. 成本

開發無動物成分替代品（AFA）是一項艱巨的任務。也許開發 AFA 簡單的方法是使用源自人類原料的無異源產(chan) 品。例如，人血清白蛋白有時被用來替代牛血清白蛋白，這解決(jue) 了動物福利和環境問題，並且對於(yu) 生物安全而言是優(you) 選的（但並不理想）。然而，它沒有解決(jue) 產(chan) 品一致性、生產(chan) 定義(yi) 或成本問題。此外，對於(yu) 許多動物源產(chan) 品（包括胎牛血清（FBS）和水凝膠基質（例如Matrigel®））開發AFA，無異源成分並不是一個(ge) 可行的選擇。

胎牛血清

胎牛血清為(wei) 許多研究和生物製造活動提供了必需營養(yang) 素來源。它是 從(cong) 胎兒(er) 中收獲的，含有大約1800 種不同蛋白質和 1400 種代謝物，但範圍 不明確 。胎牛血清的全球年產(chan) 量約為(wei) 600,000 L，其中 200,000 L 達到 cGMP 級別（用於(yu) 製造治療藥物）。胎牛血清生產(chan) 中具有挑戰性的倫(lun) 理問題將 在別處討論。

每個(ge) 胎兒(er) 最多可收獲約500毫升FBS。 cGMP FBS 隻能由在一定地區收獲的材料製成。新西蘭(lan) 等在 20 世紀 90 年代躲過了 BSE 流行病（瘋牛病）的國家可以收取高額保費。 FBS 越來越多地用於(yu) 生產(chan) 市場上或正在開發的生物治療藥物，但由於(yu) 供應有限，價(jia) 格很高（目前新西蘭(lan) cGMP 產(chan) 品約為(wei) 2,000 美元/升），並且還將進一步上漲。

由於(yu) 美國每頭牛屠宰時的平均價(jia) 值為(wei) 600-700 美元 ，這顯然是養(yang) 牛業(ye) 的重要收入來源。不同來源的胎牛血清之間的巨大定價(jia) 差異極大地刺激了不道德的貿易，有證據表明新西蘭(lan) 過去的供應量已經超過了 產(chan) 量 ，而且也有直接證據表明 一家公司在 2008 年至 2013 年間故意貼錯標簽。

有限的胎牛血清供應可能會(hui) 變得更加成問題。隨著許多消費者不再使用產(chan) 生溫室效應的食品（更不用說動物福利問題），目前依賴胎牛血清的生物治療生產(chan) 方法似乎將不可持續，而且胎牛血清的嚴(yan) 重短缺可能會(hui) 阻礙未來重要藥物的生產(chan) 。生物治療學。

有哪些替代方案？有些細胞在沒有血清的情況下也能茁壯成長，而在其他情況下，細胞係可以適應無血清培養(yang) 。不幸的是，即使它確實起作用，這種適應過程也可能會(hui) 選擇原始細胞係的變體(ti) ，並且保持原始細胞的完整性和功能性可能是一個(ge) 挑戰。有幾家公司銷售胎牛血清替代品，但這些替代品僅(jin) 適用於(yu) 有限數量的細胞係，並且根據我的經驗，效果不佳。考慮到所涉及的複雜性，開發一種可行的替代方案來全消除研究和生物生產(chan) 中胎牛血清的使用很可能是一個(ge) 遙遠的現實。

類似的開發挑戰與(yu) 用於(yu) 3D 細胞培養(yang) （例如類器官）的細胞外水凝膠基質的生產(chan) 和供應有關(guan) 。 Corning® 生產(chan) 的 Matrigel 提供了一個(ge) 物理支架，支持 3D 細胞結構，並為(wei) 細胞提供重要的營養(yang) 。 Matrigel 和競爭(zheng) 對手產(chan) 品（包括 Cultrex® 和 Geltrex®）是 從(cong) 攜帶 Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) 肉瘤的小鼠身上采集的。 這些癌症分泌大量的細胞外基質，這些基質被純化成產(chan) 品。這些產(chan) 品存在批次間的差異，這意味著研究人員必須針對其特定應用進行批次測試。

與(yu) 胎牛血清類似，這些基質水凝膠很複雜且特征較差。一些成分，例如生長因子，已經被鑒定出來。然而，我們(men) 對這些複雜的生物產(chan) 品了解不夠，無法設計具有同等功能的合成版本。

Manchester Biogel、Biogelx、UPM Biomedicals 和 Vale Biotech 等公司已開發出合成或非動物源水凝膠。這些產(chan) 品複製了Matrigel的一些特性，並且可以與(yu) 一些細胞結合使用，但顯然缺乏使Matrigel功能化的重要成分。

修飾此類水凝膠以創造一種可行的基質膠替代品一直是研究人員的長期目標，也是深入研究的領域。例如，Cell Guidance Systems 正在探索使用 PODS 生長因子 來改善水凝膠功能。然而，與(yu) FBS 替代一樣，消除 Matrigel 也不是一件容易的事。

即使 AFA 能夠被開發出來，也可能需要一場科學或監管之爭(zheng) 來爭(zheng) 取接受。

傳(chuan) 統上，使用一種簡單而可靠的內(nei) 毒素測試，即鱟試劑法。這需要鱟試劑（LAL），這是從(cong) 鱟身上采集的血液成分。存在內(nei) 毒素時，鱟試劑會(hui) 凝結。據估計，每年對各種藥用產(chan) 品進行 7000 萬(wan) 次內(nei) 毒素檢測，市場價(jia) 值 10 億(yi) 美元。

重組 C 因子 (rFC) 是鱟血液的 AFA，由 Lonza (Pyrogene) 和 BioMerieux (ENDONEXT) 等多家公司開發。美國藥典是一個(ge) 頗具影響力的製藥行業(ye) 機構，已將 rFC 列為(wei) 治療藥物生產(chan) 中的質量控製測定方法。然而，由於(yu) 美國藥典認為(wei) 對新測試的了解還不夠，因此 rFC 沒有被列為(wei) 原始測試的替代方法，而是作為(wei) 附加測試。最終可能會(hui) 發生全替代，但美國藥典表示我們(men) 還沒有為(wei) 此做好準備。

生物醫學領域不含動物源產(chan) 品的進程正在取得進展。動物試驗的3R （減少、 改進 、替代）同樣適用於(yu) 動物產(chan) 品。也許， 正如其他人所建議的那樣， 我們(men) 應該更多地關(guan) 注減少動物源性材料，通過開發補充劑來創建含有少量動物源性材料的混合解決(jue) 方案，而不是試圖全消除它們(men) ？即使成本相似，用全定義(yi) 的合成產(chan) 品稀釋動物源產(chan) 品也將有助於(yu) 提高工藝的一致性並減少動物使用的規模。