Pinky and the (lab-grown) Brain
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让我们去旅行吧。

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科学家们利用动物研究来研究生物学和开发新药，而不会危及人类。这带来了巨大的医学突破。从 20 世纪初的第一批抗生素，到几年前的 COVID 疫苗。在仓鼠身上进行的临床前试验显示疫苗有效。

这些成功带来了很多炒作。科学家们称，一种新的癌症治疗方法已经消灭了一组老鼠身上的所有肿瘤。科学家们已经证明他们可以让瘫痪的老鼠再次行走。消除动物体内的 HIV。但是，如果您仔细倾听这些头条新闻，您会发现这些突破通常只发生在动物身上。

它们对人类不起作用。科学正在面临动物所能提供的局限性。这是科学记者 Rachel Neuer。她告诉我，大约 90% 在动物模型中有效的药物在人体试验中失败了。动物模型也可能会淘汰可能对人有效的药物。它们有时还会通过实际上对人有毒的药物。但在动物身上，它们却没有。

将我们从动物研究中学到的东西转化为可以治愈人类的东西非常棘手。最终，它们不是人类。动物也有代价。这意味着动物正在以可能对其造成不必要伤害的方式进行实验，特别是如果研究本身并不那么可靠的话。

那么科学能做得更好吗？我们需要更好的模型，这些模型实际上能够以老鼠或大鼠或其他物种永远无法做到那样重现人体。我是 Manning Nguyen，本周在 Unexplainable 上，如果不是动物实验，那是什么？在过去的几十年里，科学家们一直在试图解决这个问题。他们有一些有希望的解决方案。

其中一种方法使他们可以直接使用人类细胞。这被称为“芯片上的器官”。实际上，让我拿一下我的“芯片上的器官”。哦，你有一个？是的，他们给了我一个。我太兴奋了。等一下。所以每个芯片都代表一个器官？是的，没错。没错。

现在有很多不同的公司正在制造这些芯片，Rachel 参观了其中一家名为 Emulate 的公司。它是由大约 14 年前首次开发这项技术的科学家们创立的。这是一个灵活的小芯片。我的意思是，它大约有多米诺骨牌那么大。它是由这种透明的柔性塑料制成的，里面有一些重叠的通道，科学家们可以将活细胞放入其中。所以，你知道，它可能是肝细胞、血细胞，就像你在这里试图构建的任何东西一样。这些不是完整的器官。它们只是细胞。

但它们的设计非常接近模拟器官功能，例如肺部如何呼吸氧气或肾脏如何过滤尿液。您可以在芯片上拥有肠道、肝脏甚至血脑屏障。您可以将这些芯片连接在一起以创建……

基本上是完整的器官系统，也许将来甚至可以模拟整个人体系统。科学家可以使用这些器官芯片来观察疾病如何在实际器官中发展，并测试各种物质。无论是病毒、细菌、香烟烟雾还是药物。这些器官芯片实际上非常擅长识别对人类是否有毒，尤其是在特定器官方面。

它们的肝脏芯片非常受欢迎，因为新药在动物模型中失败的主要原因之一是它们根本没有显示肝毒性。根本没有？根本没有，但它们只是经常错过它。这是一个很大的问题，因为肝损伤副作用是药物被撤出市场的最常见原因之一。

因此，Emulate 进行了一项研究，以测试器官芯片检测肝毒性的效果。他们服用了一些已知有毒的药物和一些已知安全的药物。然后他们在肝脏芯片中测试了这些药物。他们发现，器官芯片几乎 90% 的时间都能正确识别有毒药物。而这些药物是动物试验都没有标记为有毒的药物。此外，芯片没有将任何安全药物标记为有毒。

这些器官芯片不仅更准确，而且使用成本也低得多。Moderna 实际上在许多潜在的药物递送分子上测试了这些器官芯片。成本不到 50 万美元，他们在一年的时间内完成了这项工作。他们将其与使用非人类灵长类动物的情况进行了比较，这将花费 500 万美元和 5 年的时间。但是，虽然器官芯片有效且便宜，但它们仍然非常基础。

芯片上的肺可以模拟肺部收缩并显示空气和血液流过它，但它不能代表整个器官。虽然科学家可以将器官芯片连接到这些多器官系统中，但仍然很难捕捉相互作用系统的全部复杂性。

这些芯片的目的并不是完美地再现某人的肝脏，例如。您不必创建整个人类肝脏就能找出这种或那种药物是否有毒，或者，你知道，某人将如何对环境污染物、香烟烟雾或研究人员想要作为测试案例通过这些芯片运行的任何东西做出反应。所以这就是器官芯片，这些微型器官可以捕捉器官的主要功能，但不能像整个器官一样运作。

然后还有另一种技术叫做类器官。它们是科学家可以在实验室中培养的这些小的 3D 细胞培养物。如果你看看它们，就像，想象一下一个培养皿，但是里面漂浮着一些非常苍白的蘸点。我不知道你是否吃过蘸点。我小时候很喜欢吃。我也是。是的，它们看起来就像小蘸点。科学家们通过在模拟身体部位的环境中培养干细胞来制造类器官。

这就是他们如何诱导它们生长成任何器官的细胞，例如心脏、肠道甚至大脑。这些不仅是人体组织，而且是特定于个人的。所以，你知道，它们实际上反映了那个人的脑细胞。

这意味着科学家可以根据个人情况定制治疗方法，并解决通常使用典型的药物开发试验成本过高的疾病。患有罕见疾病的人，他们往往没有任何治疗选择，因为对制药公司来说，投资数百万美元来开发只针对少数人患有的疾病的治疗方法是不合算的。

Rachel 参观了一些实验室，近距离观察了这项工作。所以一位研究人员，一位我在访问约翰霍普金斯大学时遇到的分子生物学家，她正在为阿尔茨海默病创建脑类器官，因为她实际上受到她几年前被诊断出患有这种疾病的祖母的启发。阿尔茨海默病通常在动物身上进行研究。虽然这项研究让我们了解了它如何影响大脑，但它并没有导致任何成功的针对人类的治疗方法。

因此，Rachel 谈到的这位研究人员正在采取不同的方法。她首先从阿尔茨海默病患者那里采集血样，然后利用这些血液制造多能干细胞，然后她可以将其分化成脑细胞。这些脑细胞聚集在一起形成这些类器官。

这些脑细胞簇比老鼠的大脑更像患病的人类大脑。在大约四个月内，这些类器官实际上开始出现阿尔茨海默病的迹象。这太不可思议了。科学家们可以尝试在这些类器官上使用不同的药物，以查看它们的有效性。

但是类器官也有其局限性。它们生长非常缓慢，就像器官芯片一样，它们无法代表器官的所有功能，主要是因为它们太小了。但也有完全不同的方法来进行这种研究。

科学家们发现，特别是对于毒性测试，计算机模型可能是一个很好的替代品。因此，不必将毒性测试中的化学物质应用于大量动物并观察，例如，你知道，它如何杀死动物以及多少动物以及剂量是多少，您可以只使用算法来预测它。计算机模型已经存在了一段时间，比其他替代方法更长，并且随着人工智能的发展，它们变得越来越强大。

研究人员研究了数百种已知化学物质，发现计算机模型在预测毒性方面比动物更好。此外，与所有其他替代方案相比，这些模型更快、更便宜。但是这些模型的强大程度取决于科学家为其提供的数据。其中很多来自动物研究，我们知道，在预测人类结果时，动物研究有时可能会失败。因此，科学家们必须花费大量时间来确保他们使用的数据是相关且准确的。

尽管如此，Rachel 对动物替代品还是相当乐观的。与仅仅 10 年前相比，它们已经取得了如此巨大的进步，现在实验室实际上可以自己进行这项研究了。科学家们正在使用这些技术来研究从辐射照射到流感再到营养不良的一切。立法也开始赶上来了。

几年前，拜登政府通过了一项法案，取消了药物在进行人体试验之前需要在动物身上进行测试的要求。通过这项法案将停止全国各地实验室中数百万动物的不必要痛苦和死亡。但是，从动物研究转向其他方法并非易事。这里存在很大的惯性，许多研究人员尚未准备好立即做出改变。

如果研究人员不相信他们使用这些替代方法产生的数据会被接受，他们就不会转向动物的替代品。人们担心，如果一家公司或一个研究小组完成了为某种新药产生数据的所有繁琐工作，而没有使用动物，他们会到达 FDA，然后 FDA 会说，好吧，你知道，等一下，就像你需要回去用动物做所有这些测试一样，因为目前还没有明确的指导方针。

但这里还有一个更根本的问题。尽管绝大多数在动物模型中有效的药物在人体试验中失败了，但一些研究人员仍然不愿放弃，因为他们说有些事情我们只能从动物身上学到。那么，如果没有动物模型，我们会失去什么呢？接下来就是这个。

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节目的支持来自 Expedia。如果您正在寻找下次旅行假期的灵感，您可以查看 Unpack 2025。这是 Expedia、Hotels.com 和 Vrbo 关于旅游趋势的年度报告。例如，您是否曾经看过一部电影并想知道那个美丽的沙滩在哪里，也许您想前往那里？

这种愿望实际上有一个名字。它显然被称为“场景游”。Expedia 已经列出了您可能想查看的节目和电影中的许多地方。他们还有一些叫做“现象清单”的东西。很酷的名字。它有很多很酷的想法。去哪里看北极光、孵化的海龟、迁徙的座头鲸或墨西哥的粉红色泻湖。我从未知道存在的地方。然后当我看到图片时，我想，嗯，那可能是一次很酷的旅行。

无论如何，您可以在 Expedia.com/unpack 25 上找到您期待已久的地方。我们不会在动物身上测试 Unexplainable。所以我们一直在讨论动物模型的局限性，它们可能不起作用的所有方式。但是如果没有它们，我们会失去很多东西。

因为动物不仅仅用于测试药物和化学物质。当您想到动物研究时，大多数人都会想到药物测试。所以您说，我有一种疾病，我有一种症状，我要看看这种药物是否有效。这只是动物研究的一部分。这是 Lisa Genzel，一位最近合著了几篇关于为什么科学需要动物研究的论文的神经科学家。

她说我们需要动物，尤其是在回答基本的生物学问题时。健康的生理系统是如何运作的？对吧？那里发生了什么？还有基础临床前研究，更多的是关于，我有一种疾病，但我不知道疾病出了什么问题。我只是想了解基本原理，然后才能考虑我可以在哪里进行靶向治疗并实际治愈这种疾病。Lisa 特别使用大鼠来研究大脑如何巩固记忆。

了解大脑如何选择我们记住什么和忘记什么，可能会让我们更好地了解我们仍然不知道如何治疗的疾病。作为一名记忆研究人员，我喜欢认为大多数疾病，如抑郁症，可能是精神分裂症，它们实际上可能是记忆出了问题。当涉及到她为理解这种基本生物学而进行的研究时，动物试验通常比替代方法更有用，原因有几个。

一个原因是动物试验使科学家能够以其他模型无法做到那样研究复杂、相互关联的系统。如果您想了解两个大脑区域如何相互作用，或者例如肠道如何相互作用以及微生物组如何与大脑相互作用，那么您需要一个完整的系统。Lisa 说，研究记忆是需要完整系统的事情之一。因为记忆研究是一个能够很好地向我们展示我们对大脑了解甚少的领域。

我的意思是，每当我们认为我们理解某些东西时，例如，哦，我们了解神经元，大脑中放电的细胞。这些是编码所有内容的细胞。哎呀，不，事实证明是它周围的蛋白质。是支持这些细胞的其他细胞也编码记忆。因此，在这一点上，我们目前只是发现我们比以前知道的更少。为了进行她的实验，Lisa 必须首先训练老鼠在这些大型迷宫中导航。

然后，使用小型脑植入物，她在老鼠找到正确路径尽头的零食或迷路的过程中跟踪它们的大脑活动。当然，对我来说，我想看到行为。我需要看到大脑中所有计算的输出。在迷宫尽头找到零食并不是类器官可以做到的事情。但需要明确的是，Lisa 并不反对使用非动物替代品。

她说它们绝对可以在基础生物学研究中发挥作用。例如，在神经科学中，这些创新确实可以帮助我们理解某些研究问题，例如特定细胞在发育过程中如何分化或局部网络内的特定小相互作用。

那么最好的模型将是基于人体组织的脑类器官。但是要完全取代她研究中的动物，类器官之类的模型需要更加复杂。我需要一个足够复杂的细胞簇，不同的脑区可以相互作用，并且它们可以产生行为输出。问题是，当该细胞簇达到这种复杂程度时，它将被视为动物。

Lisa 说，至少在她所在的领域，非动物替代品与动物研究一起使用更现实。我确实使用的一种方法是计算机模型。Lisa 收集了她老鼠行为的数据后，她将其发送给另一个团队，以制作老鼠大脑的计算机模型。该模型预测哪些神经元在哪里以及何时被激活。

然后我可以回到动物身上，看看这是不是真的。那么计算机模型是否正确预测了大脑中发生的事情？计算机模型帮助 Lisa 关注她老鼠中需要更仔细观察的大脑区域。然后她可以对其进行调整，看看它如何影响它们的行为，然后获得更多可以重新插入计算机模型的数据。

因此，您可以像这样在动物和计算机之间来回切换。在某种程度上，它允许您做的事情，它并没有真正取代动物。它可以让您减少使用动物，并且进行更有针对性的实验。随着所有这些替代技术的改进，它们将使科学家能够更具创造性和更精确地进行研究。

但它们不会很快完全取代动物研究。至少不会完全取代。Lisa 说，这一切都回到了科学家试图回答的问题。每个模型都有其优点和缺点，然后每个研究人员都会选择最适合回答其研究问题的模型。这对许多科学家来说都是一个挑战。没有完美的模型。重要的是要了解每种工具的优势和局限性，并知道何时使用它们。

所有模型都不好，但有些模型有用。因为当然，模型默认情况下会是还原论的，永远不可能是您试图建模事物的完美表示，否则它就是事物本身。

令人兴奋的是，器官芯片、类器官和计算机模型等工具发展得多么迅速。科学已经超越了仅仅使用动物来了解人类生物学。因为随着我们的问题变得越来越复杂，我们将需要能够捕捉使我们的生物学独一无二的工具。如果您想了解更多关于动物实验替代品的信息，请查看 Rachel 在《科学美国人》杂志上的文章。文章标题是《实验室老鼠的终结》。

本集由我 Manning Nguyen 制作。Meredith Hodnot 进行了编辑，Christian Ayala 进行了声音设计和混音，Noam Hassenfeld 创作了音乐，Anouk Douceau 进行了事实核查，Bird Pinkerton 扮演河豚女王，她摆动着鱼鳍。她们两个摆动着，摆动着，摆动着，突然，河豚女王鼓起了自己，转过身，然后 Bird 看到它在珊瑚礁上游动。河豚大军。

特别感谢 Paul Locke、Christy Sullivan 和 Aisha Akhtar。一如既往，感谢 Brian Resnick 共同创立了这个节目。如果您对该节目有任何想法，请给我们发送电子邮件。我们的邮箱是 [email protected]。我们很乐意听到您的想法、批评和建议。如果您能做到，请在您收听的任何地方留下评论或评分。这真的可以帮助我们找到新的听众。这个播客是免费的，部分原因是来自我们的读者和听众的礼物。您可以访问 vox.com/give 进行捐赠。

Unexplainable 是 Vox Media Podcast Network 的一部分。我们下周因假期休假，所以两周后我们将回到您的订阅源中。

谢谢。

但这只是一个例子。现在是时候拥抱旅行的精神，并为沿途拾起的每一件物品附加一个故事了。您可以在 Expedia.com/unpack25 上探索更多旅游趋势，并找到您期待已久的地方。

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