生醫科技如何取代動物試驗｜How biomedical technology can replace animal testing | 陳冠宇 Guan-Yu Chen | TEDxTaipei

人類進步的過程常伴隨著實驗動物的犧牲，然而由於物種間的差異，大量動物的犧牲卻往往只能產出有限的數據，而人體器官晶片是陳冠宇博士找到的平衡點。從人體中提煉出來的細胞，被製成一張微小的晶片，但這個可以拿在指尖的科技卻可以重現人體複雜的結構，創造出比動物實驗更準確的數據資料。未來人體器官晶片甚至有望結合幹細胞，讓晶片個人化，除了持續改變動物的生命，也更進一步改善人類的生命。

人類對生命長遠的追求能否隨科技演進一同進步，而非建立於其他生物的痛苦之上？ 陳冠宇在體外仿生及智慧感測系統的研究開發上，嘗試尋找解答。2015年於交通大學成立智慧型生醫系統設計實驗室，近年陸續榮獲科技部「年輕學者獎」與LUSH Prize反動物實驗大獎「亞洲區年輕學者獎」。( 以上文字來自YOUTUBE ，2019年10月 TED x TAIPEI )

 

在生醫工程領域研究多年，我發現人類在追求無病長壽的過程中，經常伴隨許多實驗動物生命的犧牲，這是一個非常矛盾的問題。

原因就在從我剛剛上台到現在的這一分鐘全球有大概200隻的實驗動物死亡。這個人數竟然是全球人口死亡數的兩倍！這些實驗動物就像在戰場上沖鋒陷陣生先士卒的士兵，牠們為了人類的健康福祉總是在最前線奮戰。

但非常遺憾的多數實驗的動物的犧牲並沒有辦法帶給臨床試驗有效而且可靠的數據；關鍵的原因就在物種的差異，多數的動物實驗並沒有辦法精準的去預測人體反應；所以在實驗室裡面我們只能不斷的使用更多更多的動物實驗，並且從中去獲取那少量的我們所需要的數據。

所以大家知道我們生病了必須要吃藥，但是在一顆藥的背後需要犧牲多少的實驗動物嗎？有人知道答案嗎？覺得超過100隻？還是500隻？甚至是還會超過1,000隻嗎？答案是超過了5,000隻！根據美國PETA的資料顯示：在臨床試驗前的實驗室獨立測試階段通常需要使用到高達400隻的小鼠、4,000隻的大鼠、900隻的兔子以及32隻以上的米格魯犬，這個數量非常的驚人！

建構在這樣子的一個模式下，目前全球每年所實驗的動物量大概就有到一億一千五百萬隻！而在全台灣，每年所使用的實驗動物量也大概有378萬隻，這個數字足足是台北市人口的1.4倍！

所以以上這些資料並不是危言聳聽，我也不是要各位今天聽完之後回去從此看病就不吃藥；而是希望大家可以跟我去思考一下：如果在天平的兩端一端他是科技所帶來的人類健康、另外一端是必須要犧牲的動物生命 …..我們難道只有二選一這個選項嗎？

這個問題其實困擾了我非常的久直到我在美國麻省理工學院進行研究的時候我才找到答案。

剛到美國的時候其實因為研究的關系我必須要去進行實驗動物的課程認證；那一天我記得非常清楚是一個暴風雪的天氣。大家以前在求學的階段還記得嗎？如果遇到壞天氣的時候是不是不太想要去上課，對其實其實當下的我也是，所以那時候我非常的發懶，就想著我們可能不要去上課我們可能不要進行動物實驗但是我又能達到我原本的研究目標呢？所以我就開始回頭去審視傳統藥物測試的方法，也就是動物實驗他有遇到什麼樣的問題？

根據美國國家衛生研究院的數據顯示：在動物實驗裡面成功的藥物進到人體臨床實驗之後，還是有高達95%的機會會失敗。所以顯示這樣子一個測試方法其實是需要被調整、需要被改變的。

所以我的想法非常的簡單：如果我們今天從人體裡面去取出細胞或組織我們有沒有辦法在體外為他創建一個家，那他在這個裡面能夠運作的就像在我們人體的狀況一樣，如果是這樣子他是不是就能夠帶來比動物實驗更為仿生有意義的數據！如果這個概念能夠成真，那麼動物實驗量是不是就可以減少了？所以就衍生出了人體器官晶片這個技術。

 

這個技術最早它是由美國哈佛大學所創立的，利用這個晶片----大家可以看到就是我現在手上這個非常微小的晶片。

這是一個非常微小而且精致的微流道晶片它能夠重現人體復雜的組織結構，配合上動態循環的系統它能夠進行非常多的測試------像是藥物在人體裡面的反應。

這幾年來有非常多的器官晶片已經被建構出來了，包含心臟肝臟肺臟甚至是腸胃道的晶片，這也是最近非常熱門的一個實驗動物的替代技術。

然而在器官晶片發展的過程中他並非是一帆風順。他其實有遇到一個非常大的挑戰：BAD BLOOD惡血這是一本2019年的暢銷書，他真人真事的去描述一位在美國史丹佛大學輟學的女學生伊麗莎白，他也是利用這個微流道晶片的技術去創建了一個市值90億美元的血液疾病診斷的公司。但非常遺憾的他最後被發現公司裡面大部分的數據都是造假的，這是一場世紀騙局；所以在那個時候很多人他們對於微流道晶片的技術，開始產生質疑，開始沒有信心。

但是器官晶片後來挺過了這一場風暴並且持續獲得美國FDA以及NASA太空總署這些國家級單位的支持！從2015年開始世界各大的藥廠：像是嬌生默克、羅氏甚至是武田制藥也投入了重金發展！原因就在他不是一個突然間出現的技術他是逐漸演變而來的。

 

從傳統的細胞培養到三維器官的創建-----最後整合到這個微流道晶片中，這幾十年來他有非常穩固的根基所以才造就了現在器官晶片的雛形。

那接下來呢，我也將跟大家說明如何使用這個晶片來做動物替代的可能。

假如我現在用一個吸煙的實驗作為範例，大家可以想象一下傳統動物實驗會是什麼樣的一個情境嗎？傳統的動物實驗會讓這些動物吸廢氣。

 

大家在畫面的右邊可以看到像是白色棉花狀的東西，他是把大鼠塞入到一個管柱中，並且讓他不停的去吸入廢氣然後觀察他的生理變化這是不是一個非常震撼的畫面。

雖然這幾年來動物實驗持續走向人道化但是動物替代技術的需求還是非常的強烈。所以我們的團隊就嘗試去發展一項研究計畫，希望能夠創建人體肺部器官晶片的系統。

現在我們其實非常成功的把肺泡的復雜的結構組織創建在這個微小的晶片系統上，同時我們能夠利用軟體和硬體去控制裡面的氣體和血液的流動，讓他去模仿人類的呼吸作用。所以在這個系統裡面剛剛提到了吸煙測試他是可以被做（執行）的。

除此之外，像是空污對人體的影響PM 2.5對你的反應，在這個裡面都是可以被測試的。這個技術它能夠提供非常仿生而且多元化的數據所以它具備實驗動物替代的可能。

值得一提的是器官晶片這個技術它不僅能夠改變動物的生命它還能夠改變人類的生命。未來結合幹細胞的技術，今天在座各位所有人的個人化器官晶片這個技術將能夠被實現，我們能夠進行屬於你的個人化的醫療測試。除了剛剛提到的肺器官晶片之外，也能創建屬於你的心臟晶片去測試你的藥物獨立反應，甚至也能創造你的肝臟晶片去測試你的肝代謝反應。

 

所以我們昔日想象中的那些人體晶片到精準醫學，他已經不再只是一個夢想。

所以回歸剛剛我問大家的第一個問題：「究竟科技帶來的人類健康以及動物所犧牲的生命中間 我們只能二選一嗎？」

我自己個人經過昔日暴風雪中的那個發懶的念頭，到今天的陰錯陽差，器官晶片其實是我找到了其中的一個答案也是一個選擇。但是就像我們在生活中可能會常常遇到挫折，你們會發現答案往往不是只有一個。所以器官晶片也不是這個問題的唯一答案，這個技術目前還在發展的階段，但是他已經跨出了非常重要的一步；就像是阿姆斯壯當初在登陸月球的時候曾經說過：「這是我的一小步但是卻是全人類的一大步」。

現在這個社會上也有許多的動物替代技術正在發展中，像是基因重組、幹細胞的技術甚至剛剛提到的人工智慧。未來如何快速的去整合這些技術，絕對能夠去加速動物替代技術的發展，這個或許也會是另外一個解答；然而這些技術目前就因為還在發展的階段中，所以動物實驗在現今的時代裡面，還是有他使用跟存在的必要性。

在不久的將來，今天使用動物實驗的人或者是開發動物技術替代的人如何在一個這個中間去找到一個新的平衡點？也是一個非常重要的課題。

在最後呢，我想跟大家分享一個我最近得到的靈感，不過這個靈感可能要30歲以上、或者是你平常有經常在收看龍祥電影台的朋友，可能才會比較有共鳴。

 

這是一個周星馳主演的電影劇中描述他從現代穿越時空回到了上海灘的時代，而且他連手機也一起穿越了，在那個時代的人他們非常驚訝，沒想到未來竟然能夠用手機去替代電話；我自己雖然沒有經歷過那個時代，但我經歷過手機使用按鍵的時代，我也沒有想過有一天，這個按鍵竟然會被平板給取代了。

所以科技是可以顛覆你的想象，傳統是可以被改變的、未來是可以被創造的！就像今日的動物實驗，明日的器官晶片！

縱使今天在座的各位不是科研人員，我也希望能夠鼓勵你們嘗試去觀察你們生活周遭有沒有需要被改變的傳統；如果你也覺得：「這是遲早會被時代淘汰的方式的話」，那麼我們不如就從現在一起改變吧！