还原精炼动物源材料替代品：3Rs

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还原精炼动物源材料替代品：3Rs

动物源试剂对于众多研究和生物制造应用至关重要。如果没有它们，许多重要的研究突破和拯救生命的疗法就不可能实现。然而，变革的压力越来越大。主要问题是：

  1. 动物福利

  2. 对环境造成的影响

  3. 生物安全（病原体风险）

  4. 产品一致性

  5. 产品定义（了解其中的内容）

  6. 成本

开发无动物成分替代品（AFA）是一项艰巨的任务。也许开发 AFA 简单的方法是使用源自人类原料的无异源产品。例如，人血清白蛋白有时被用来替代牛血清白蛋白，这解决了动物福利和环境问题，并且对于生物安全而言是优选的（但并不理想）。然而，它没有解决产品一致性、生产定义或成本问题。此外，对于许多动物源产品（包括胎牛血清（FBS）和水凝胶基质（例如Matrigel®））开发AFA，无异源成分并不是一个可行的选择。

胎牛血清

胎牛血清为许多研究和生物制造活动提供了必需营养素来源。它是 从胎儿中收获的，含有大约1800 种不同蛋白质和 1400 种代谢物，但范围 不明确 。胎牛血清的全球年产量约为 600,000 L，其中 200,000 L 达到 cGMP 级别（用于制造治疗药物）。胎牛血清生产中具有挑战性的伦理问题将 在别处讨论。

每个胎儿最多可收获约500毫升FBS。 cGMP FBS 只能由在一定地区收获的材料制成。新西兰等在 20 世纪 90 年代躲过了 BSE 流行病（疯牛病）的国家可以收取高额保费。 FBS 越来越多地用于生产市场上或正在开发的生物治疗药物，但由于供应有限，价格很高（目前新西兰 cGMP 产品约为 2,000 美元/升），并且还将进一步上涨。

由于美国每头牛屠宰时的平均价值为 600-700 美元 ，这显然是养牛业的重要收入来源。不同来源的胎牛血清之间的巨大定价差异极大地刺激了不道德的贸易，有证据表明新西兰过去的供应量已经超过了 产量 ，而且也有直接证据表明 一家公司在 2008 年至 2013 年间故意贴错标签。

有限的胎牛血清供应可能会变得更加成问题。随着许多消费者不再使用产生温室效应的食品（更不用说动物福利问题），目前依赖胎牛血清的生物治疗生产方法似乎将不可持续，而且胎牛血清的严重短缺可能会阻碍未来重要药物的生产。生物治疗学。

有哪些替代方案？有些细胞在没有血清的情况下也能茁壮成长，而在其他情况下，细胞系可以适应无血清培养。不幸的是，即使它确实起作用，这种适应过程也可能会选择原始细胞系的变体，并且保持原始细胞的完整性和功能性可能是一个挑战。有几家公司销售胎牛血清替代品，但这些替代品仅适用于有限数量的细胞系，并且根据我的经验，效果不佳。考虑到所涉及的复杂性，开发一种可行的替代方案来全消除研究和生物生产中胎牛血清的使用很可能是一个遥远的现实。

类似的开发挑战与用于 3D 细胞培养（例如类器官）的细胞外水凝胶基质的生产和供应有关。 Corning® 生产的 Matrigel 提供了一个物理支架，支持 3D 细胞结构，并为细胞提供重要的营养。 Matrigel 和竞争对手产品（包括 Cultrex® 和 Geltrex®）是 从携带 Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) 肉瘤的小鼠身上采集的。 这些癌症分泌大量的细胞外基质，这些基质被纯化成产品。这些产品存在批次间的差异，这意味着研究人员必须针对其特定应用进行批次测试。

与胎牛血清类似，这些基质水凝胶很复杂且特征较差。一些成分，例如生长因子，已经被鉴定出来。然而，我们对这些复杂的生物产品了解不够，无法设计具有同等功能的合成版本。

Manchester Biogel、Biogelx、UPM Biomedicals 和 Vale Biotech 等公司已开发出合成或非动物源水凝胶。这些产品复制了Matrigel的一些特性，并且可以与一些细胞结合使用，但显然缺乏使Matrigel功能化的重要成分。

修饰此类水凝胶以创造一种可行的基质胶替代品一直是研究人员的长期目标，也是深入研究的领域。例如，Cell Guidance Systems 正在探索使用 PODS 生长因子 来改善水凝胶功能。然而，与 FBS 替代一样，消除 Matrigel 也不是一件容易的事。

即使 AFA 能够被开发出来，也可能需要一场科学或监管之争来争取接受。

传统上，使用一种简单而可靠的内毒素测试，即鲎试剂法。这需要鲎试剂（LAL），这是从鲎身上采集的血液成分。存在内毒素时，鲎试剂会凝结。据估计，每年对各种药用产品进行 7000 万次内毒素检测，市场价值 10 亿美元。

重组 C 因子 (rFC) 是鲎血液的 AFA，由 Lonza (Pyrogene) 和 BioMerieux (ENDONEXT) 等多家公司开发。美国药典是一个颇具影响力的制药行业机构，已将 rFC 列为治疗药物生产中的质量控制测定方法。然而，由于美国药典认为对新测试的了解还不够，因此 rFC 没有被列为原始测试的替代方法，而是作为附加测试。最终可能会发生全替代，但美国药典表示我们还没有为此做好准备。

生物医学领域不含动物源产品的进程正在取得进展。动物试验的3R （减少、 改进 、替代）同样适用于动物产品。也许， 正如其他人所建议的那样， 我们应该更多地关注减少动物源性材料，通过开发补充剂来创建含有少量动物源性材料的混合解决方案，而不是试图全消除它们？即使成本相似，用全定义的合成产品稀释动物源产品也将有助于提高工艺的一致性并减少动物使用的规模。