Наука без жертв: как микрочипы и ИИ спасают жизни животных и людей

В современном мире научные исследования стремительно меняются, и в центре этих перемен — переход от использования лабораторных животных к инновационным методам, более точно имитирующим человеческую биологию. Этот переход обещает не только повысить точность медицинских исследований, но и сократить использование животных в науке, что может существенно улучшить как научные результаты, так и этические стандарты.

Миллионы животных, включая мышей, крыс, собак, кошек, обезьян и рыб, ежегодно используются в лабораторных исследованиях по всему миру. Большинство этих исследований сосредоточено в четырех основных областях: разработка лекарств, тестирование химической токсичности, косметика и исследования в области биомедицины. Несмотря на то, что исследования на животных привели к важным открытиям, такими как создание вакцин против COVID-19 и разработка лекарств от рака и ВИЧ, все больше ученых начинают сомневаться в эффективности этого подхода.

Одной из главных причин таких сомнений является низкий процент успешных переносов результатов исследований с животных на людей. Около 90% новых лекарств, которые демонстрируют эффективность на животных, не проходят клинические испытания на людях. Это не только замедляет процесс разработки новых препаратов, но и увеличивает стоимость этих исследований до огромных $2,3 млрд за каждый новый препарат. Эти цифры говорят о том, что биология животных часто слишком отличается от человеческой, что делает их неидеальными моделями для медицинских исследований.

Именно с этими вызовами столкнулась Ици Моралес Пантойя, когда начала работать над докторской диссертацией в области клеточной и молекулярной медицины. После двух лет работы с мышами, которым искусственно вызывали рассеянный склероз, она поняла, что результаты её исследований на животных не имеют прямого применения к людям. Разработанный антиоксидант показал хорошие результаты на мышах, но оказался неэффективным в человеческих образцах. Этот опыт побудил её сменить направление исследований на работу с моделями человеческого мозга, выращенными в лаборатории.

В последние годы мир науки наблюдает рост числа лабораторий, стартапов и некоммерческих организаций, которые разрабатывают альтернативные методы, способные заменить животных в исследованиях. Эти методы включают в себя технологии машинного обучения, предсказывающие токсичность химических веществ, а также «органы-на-чипе» — живые микромодели человеческих органов, которые можно комбинировать для имитации работы систем организма. Некоторые из этих разработок уже настолько успешны, что отдельные лаборатории начинают полностью отказываться от использования животных.

Законодательные изменения также способствуют этому процессу. В 2021 году Европейский парламент принял резолюцию о постепенном отказе от тестирования на животных в научных исследованиях. Австралия начала активно изучать альтернативные модели для разработки медицинских продуктов. В США в 2022 году был принят закон, отменяющий обязательное тестирование на животных при подаче заявок на новые лекарства, что стало важным шагом в сторону внедрения альтернативных методов. В штате Мэриленд в 2023 году был принят закон, требующий от лабораторий, использующих животных, финансировать разработку методов, ориентированных на человеческую биологию.

Однако, несмотря на эти прогрессивные изменения, полное исключение животных из научных исследований пока остается далекой перспективой. Некоторые эксперты считают, что определенные области, такие как исследования базовых биологических механизмов, могут потребовать больше времени для перехода к новым методам, так как они включают в себя сложные взаимодействия между органами, которые пока невозможно полностью воспроизвести в лабораторных условиях.

Вместе с тем косметическая индустрия уже значительно продвинулась в отказе от тестирования на животных, главным образом благодаря давлению потребителей. В более чем 45 странах, включая 12 штатов США, уже запрещено использование животных в тестировании косметики. В других областях, таких как тестирование химической токсичности, также происходят значительные изменения. Алгоритмы на основе искусственного интеллекта, обученные на больших массивах данных, показывают большую точность в предсказании токсичности химикатов по сравнению с животными.

Несмотря на эти достижения, некоторые эксперты предостерегают от полного отказа от животных. Например, экотоксикологи опасаются, что новые методы могут пропустить негативные эффекты, которые могли бы быть выявлены на животных моделях. Тем не менее, агентства, такие как Агентство по охране окружающей среды США (EPA), подчеркивают, что переход на альтернативные методы направлен на улучшение защиты здоровья человека с использованием лучших научных данных.

Примером успешного применения альтернативных методов является работа компании Emulate, специализирующейся на органах-на-чипе. Эти чипы представляют собой платформы, покрытые человеческими клетками и тканями, которые могут воспроизводить микросреды различных органов. Такие чипы уже показали высокую эффективность в исследованиях токсичности лекарств и могут значительно сократить затраты и время на разработку новых препаратов. Например, компания Moderna сэкономила миллионы долларов и несколько лет, используя чипы Emulate для тестирования новых молекул.

В академической среде также активно разрабатываются новые инструменты. В Johns Hopkins University работают над созданием моделей болезней Альцгеймера и мышечной дистрофии на основе стволовых клеток, что позволяет изучать заболевания на клеточном уровне и разрабатывать более персонализированные подходы к лечению.

В ближайшие годы ожидается дальнейшее развитие альтернативных методов в науке, что, вероятно, приведет к снижению использования животных в исследованиях. Однако этот процесс требует времени, а также сотрудничества между учеными, законодательными органами и промышленностью для создания научно обоснованных стандартов и методов, которые смогут заменить животных в исследованиях. Как показывает практика, будущее науки все больше ориентируется на человекоцентричные модели, которые обещают повысить как точность исследований, так и этические стандарты.