19世纪80年代,德国医学家罗伯特·科赫(Robert Koch)在研究牛炭疽病时,将炭疽杆菌移种到老鼠体内,使老鼠感染炭疽病,最后又从老鼠体内得到炭疽杆菌。这是人类第一次用科学的方法证明某种特定的微生物是某种特定疾病的病原,这一理念对于之后的疾病研究也极为重要。他还提出了“科赫原则”,作为判断某种微生物是否为某种疾病的病原的准则,1905年获诺贝尔生理或医学奖。
巴氏消毒的发明人路易·巴斯德(Louis Pasteur)通过在绵羊身上引发炭疽病,令人信服地证明了疾病的细菌理论。1881年,他在狗和兔子身上进行实验,研制出人类历史上第一支狂犬疫苗。
路易·巴斯德(图源网络)
19世纪也诞生了麻药,不过科学家们并未第一时间将其应用于动物实验中,因为他们担心镇痛和麻醉作用会干扰试验结果。不过麻醉剂的使用,让20世纪的研究者们得以进行高复杂性、低痛苦程度的动物实验,促进了医疗领域的快速发展,显著提升了人类的健康水平和平均寿命。
当然,还有大家所熟悉的巴甫洛夫的狗和摩尔根的果蝇实验。
19世纪90年代,伊万·巴普洛夫在狗身上进行“假饲试验”,证明了条件反射,留下了传世经典——巴甫洛夫定律,获得1904年诺贝尔生理或医学奖。
巴甫洛夫的狗:条件反射实验
还有摩尔根果蝇实验,1910年5月,在摩尔根的实验室中诞生了一只白眼雄果蝇。不久他把这只果蝇与另一只红眼雌果蝇进行交配,在下一代果蝇中产生了全是红眼的果蝇,一共是1240只。后来摩尔根让一只白眼雌果蝇与一只正常的雄果蝇交配。却在其后代中得到雄果蝇全部是白眼,而雌果蝇中却没有白眼,全部雌性都长有正常的红眼睛。1911年他提出了“染色体遗传理论”。
摩尔根
通过动物实验,还发现了化学致癌物质和致癌病毒,推动了肿瘤学的研究,为肿瘤的防治开辟了广阔的前景。1911年,佩顿·劳斯通过普利茅斯石鸡发现了病毒可以导致癌症。
1914年日本人山极和市川用沥青长期涂抹兔耳朵,成功地诱发出皮肤癌,后经分析沥青中主要含有3,4-苯骈芘的化学致癌物,从而证实了化学物质的致癌作用。从此,许多化学物质都相继被证实可经诱发动物的肿瘤,为肿瘤病因的化学因素提供了更多的证据。使人们充分认识到化学致癌因素在人类恶性肿瘤的病因中占有极重要的地位。
1921年,洛伊(Otto Loewi)采用简单的动物实验方法,发现了副交感神经的神经介质为乙酰胆碱。
1922年,班廷(banting)与贝斯特(best)等从动物(狗)胰腺中提得可供临床应用的胰岛素,为临床治疗糖尿病作出贡献,因此班廷获得了1923年诺贝尔生理学或医学奖。
至于用于药物测试的动物实验则需追溯到1933年,当时一位女性在染睫毛膏时不幸发生意外失明,这迫使联邦政府开始选择制定联邦食品、药品和化妆品法案。联邦政府于1938通过该法案,强制规定公司必须要在他们药品上市使用之前在动物身上进行试验。
在医药领域,基于动物试验的很多研究已经成功治愈多种疾病,包括癌症(肺癌和乳腺癌)、肺结核、帕金森症、癫痫和哮喘。就连盘尼西林和胰岛素也是经动物试验研究出来的产品。
20世纪70年代,医学界研究者通过犰狳来研发抗生素疗法和麻风病疫苗。
1975年英国剑桥大学两位科学家G.Kohler和C.Milstein发明单克隆抗体技术。他们在60年代发展起来的细胞杂交技术基础上,成功地把两种细胞融合在一起,一种是已适应体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(都来自BALB/C品系的小鼠)和一种经绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞融合,形成杂交细胞,发现这种融合的杂交细胞兼有两个亲代细胞的特征,即既有骨髓细胞无限生长的能力,又有浆细胞合成单一抗体的能力。因此,这种免疫细胞通过克隆化,成为单克隆系(单一纯化的无性繁殖系),就能产生大量单一类型的高纯度抗体,这种抗体就叫做“单克隆抗体”。
2020年新冠疫情袭卷全球,中国率先在小鼠、大鼠和非人类灵长动物中完成了新冠疫苗的动物实验,得到了可靠全面的科研数据。
医学史上一些科学家采用动物实验而获得重大发现的例子很多,现仅例举其中一部分。凡此种种实验方法和尖端技术绝大部分是通过在实验动物身上来进行医学各个领域不同方面问题研究的。特别是50年代后发展了近交系、突变系、F1动物、无菌动物、悉生动物、SPF动物等后,实验动物在医学研究中应用更加深入广泛。
根据国际上有的部门统计,世界上生物医学研究论文的60%以上是采用实验动物来进行的。以实验性科学为主的学科如生理学、病理生理学、药理学等绝大部分论文是采用动物实验来完成的。由此可见,动物实验在医学的发展过程中起着极其重要和推动性的作用。
当然,这一路走来,关于动物实验的伦理问题的讨论一直没有停止。科学家们也在不断开始选取更加科学人道的方法、更加易于培养的动物模型进行最有意义的生物医学研究。相信在未来,会在全方位进行更多人道、提高科研效率的提升。
❖ 结语 ❖
医学离开了实验,就谈不上医学的进步。我们强调动物实验的重要性,并不是为证明它是促进医学发展的唯一途径,相反,我们仅仅认为和临床观察一样,动物实验的出现是医学发展的客观需要。
现在,通过借助一些繁殖周期短的哺乳动物(主要为老鼠和狗),对个别临床特性进行有选择性繁殖,如 “糖尿病小鼠”,能够为特定类型的病例提供足够的实验样本。同时,分子生物学和遗传工程学等技术给我们提供的更多更好选择实验动物,比如疾病动物模型、基因编辑动物,人源化动物等。