還原精煉動物源材料替代品：3Rs

更新時間：2023-09-08 點擊次數：1195

動物源試劑對于眾多研究和生物制造應用至關重要。如果沒有它們，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：

動物福利
對環境造成的影響
生物安全（病原體風險）
產品一致性
產品定義（了解其中的內容）
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，這解決了動物福利和環境問題，并且對于生物安全而言是優選的（但并不理想）。然而，它沒有解決產品一致性、生產定義或成本問題。此外，對于許多動物源產品（包括胎牛血清（FBS）和水凝膠基質（例如Matrigel®））開發AFA，無異源成分并不是一個可行的選擇。

胎牛血清

胎牛血清為許多研究和生物制造活動提供了必需營養素來源。它是從胎兒中收獲的，含有大約1800 種不同蛋白質和 1400 種代謝物，但范圍不明確。胎牛血清的全球年產量約為 600,000 L，其中 200,000 L 達到 cGMP 級別（用于制造治療藥物）。胎牛血清生產中具有挑戰性的倫理問題將在別處討論。

每個胎兒最多可收獲約500毫升FBS。 cGMP FBS 只能由在一定地區收獲的材料制成。新西蘭等在 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 越來越多地用于生產市場上或正在開發的生物治療藥物，但由于供應有限，價格很高（目前新西蘭 cGMP 產品約為 2,000 美元/升），并且還將進一步上漲。

由于美國每頭牛屠宰時的平均價值為 600-700 美元，這顯然是養牛業的重要收入來源。不同來源的胎牛血清之間的巨大定價差異極大地刺激了不道德的貿易，有證據表明新西蘭過去的供應量已經超過了產量，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變得更加成問題。隨著許多消費者不再使用產生溫室效應的食品（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方法似乎將不可持續，而且胎牛血清的嚴重短缺可能會阻礙未來重要藥物的生產。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，細胞系可以適應無血清培養。不幸的是，即使它確實起作用，這種適應過程也可能會選擇原始細胞系的變體，并且保持原始細胞的完整性和功能性可能是一個挑戰。有幾家公司銷售胎牛血清替代品，但這些替代品僅適用于有限數量的細胞系，并且根據我的經驗，效果不佳。考慮到所涉及的復雜性，開發一種可行的替代方案來全消除研究和生物生產中胎牛血清的使用很可能是一個遙遠的現實。

類似的開發挑戰與用于 3D 細胞培養（例如類器官）的細胞外水凝膠基質的生產和供應有關。 Corning® 生產的 Matrigel 提供了一個物理支架，支持 3D 細胞結構，并為細胞提供重要的營養。 Matrigel 和競爭對手產品（包括 Cultrex® 和 Geltrex®）是從攜帶 Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) 肉瘤的小鼠身上采集的。這些癌癥分泌大量的細胞外基質，這些基質被純化成產品。這些產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。

與胎牛血清類似，這些基質水凝膠很復雜且特征較差。一些成分，例如生長因子，已經被鑒定出來。然而，我們對這些復雜的生物產品了解不夠，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。這些產品復制了Matrigel的一些特性，并且可以與一些細胞結合使用，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 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來爭取接受。

傳統上，使用一種簡單而可靠的內毒素測試，即鱟試劑法。這需要鱟試劑（LAL），這是從鱟身上采集的血液成分。存在內毒素時，鱟試劑會凝結。據估計，每年對各種藥用產品進行 7000 萬次內毒素檢測，市場價值 10 億美元。

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。美國藥典是一個頗具影響力的制藥行業機構，已將 rFC 列為治療藥物生產中的質量控制測定方法。然而，由于美國藥典認為對新測試的了解還不夠，因此 rFC 沒有被列為原始測試的替代方法，而是作為附加測試。最終可能會發生全替代，但美國藥典表示我們還沒有為此做好準備。

生物醫學領域不含動物源產品的進程正在取得進展。動物試驗的3R （減少、改進、替代）同樣適用于動物產品。也許，正如其他人所建議的那樣，我們應該更多地關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方案，而不是試圖全消除它們？即使成本相似，用全定義的合成產品稀釋動物源產品也將有助于提高工藝的一致性并減少動物使用的規模。