未来，实验室老鼠将生活在计算机芯片中，而不是笼子里
Nimal模型，特别是小鼠，让科学家们对无数人类疾病背后的机制有了宝贵的见解。它们对发现药物靶点、新陈代谢途径和基因功能起到了重要作用。他们帮助揭示了新陈代谢、饥饿、认知和衰老的基本生物化学。由于老鼠在一定程度上是人体解剖学和遗传学的缩影，科学拥有一系列工具，可以在高度受控的环境下实时操纵和可视化它们的身体过程。
但是，正如最近的新冠肺炎大流行所揭示的那样，科学并不总是拥有将动物生命损失降至最低的工具。随着大流行的蔓延和美国各地的学术研究实验室无限期关闭，科学家们面临着前所未有的动物护理困境。由于没有通常每天照看动物的兽医护士和技术人员团队，许多实验室被迫采取大规模安乐死。一些实验室牺牲了数百只动物，并因其对实验殖民地的管理而受到严厉批评。许多人开始考虑更持久、更长期的计划，以保存和储存他们的鼠线。
在我在加州大学旧金山分校工作的实验室里，在过去的两年里，我一直是那里指定的啮齿动物外科医生，我们被要求对除了最不可替代的老鼠之外的所有老鼠实施安乐死。作为新的动物研究人员，我们接受的训练是人道地牺牲我们的老鼠--让它们有尊严地死去。关门后回到实验室，发现一排排空架子，这些架子曾经关着我们工作了几个月的老鼠笼子，这让人震惊，在那一刻很难召唤出尊严。
那次经历让我思考，作为一个研究界，我们是如何在生物医学研究中使用动物模型的，以及我们未来如何更好地使用它们。我越来越相信，未来的动物模型将不是生活在笼子里，而是生活在计算机芯片中：通过模拟生物系统而不是用它们进行实验，我们可以使药物开发和生物医学研究更安全、更有效、更有效。
这并不是说研究人员对动物的治疗是随意的。动物模型研究受到严格监管。这些规定在紧缩程度上因国家和机构的不同而有所不同，但它们围绕着一套被称为“三个R”的共同原则：在可能的情况下取代动物的使用，减少每次实验使用的动物数量，并改进方法以最大限度地减少痛苦和改善福利。
几年前，当我还是一名新的老鼠外科医生时，这三个R是我在荷兰阿尔米尔的勒内·雷米外科技能中心(RenéRemie Surgical Skills Center)上的一门为期一周的课程的指导原则。该中心的创始人勒内·雷米(RenéRemie)倡导细致的外科技术，坚持与任何人类外科手术一样的无菌和术后护理标准。但他也支持这样的想法，即长期策略可以加快感染和手术的恢复时间。例如，雷米和其他研究人员提倡所谓的环境富集，这是一种帮助动物应对手术后或实验期间被隔离的固有压力的方法。研究人员将玩具、筑巢材料或其他无生命的物体放在笼子里，让老鼠与周围的环境接触，类似于它在野外的方式。研究表明，丰富的环境甚至可以促进大鼠伤口的愈合。
但是，环境富集等策略的成功突显了动物研究模型的一个固有弱点：动物的行为往往对环境极其敏感，即使不是不可能控制，也很难控制。这在生物医学研究中提出了一个长期存在的问题，即基于对小鼠的研究得出的结论如何可靠地应用于人类疾病的治疗。例如，啮齿动物通常是成群饲养的，但某些类型的实验和治疗需要将它们隔离，从而引发压力反应，这可能会显著影响它们的免疫活性。研究表明，与同伴生活在一起的小鼠和大鼠比单独生活的小鼠和大鼠在抵御伤害、中风甚至肿瘤生长方面表现得更好。因此，当老鼠研究询问有关人类疾病的问题时，老鼠的住房状况往往是一个令人困惑的因素。即使是老鼠房间环境温度的微小变化也会引起影响实验结果的应激反应。这种变异性是在老鼠身上看似有希望的治疗方法在人类临床试验中往往产生平淡无奇结果的原因之一。
动物研究的一个吸引人的补充可能会解决其中的一些缺点，那就是硅胶或“芯片”医学。在Silico模型中，将计算建模策略应用于Geno
同样，2013年，欧盟委员会(European Commission)组建了一个由研究团体组成的联盟，名为阿维森纳联盟(Avicenna Alliance)，旨在围绕一套医学计算机建模标准统一学术界和产业界。该联盟总部设在比利时，但由世界各地的独立组织组成，其目标是实现虚拟临床试验，其结果可以按照适用于传统临床试验的相同类型的严格标准进行验证。
正如阿维森纳联盟所设想的那样，虚拟临床试验将基于来自单个患者的独特遗传模型，而不是基于大的、遗传可变的样本组。可以想象，这可以让研究人员模拟患者对治疗策略的独特反应，捕捉基线代谢、体重或潜在健康状况中可能影响患者治疗结果的细微变化的影响。它还可能极大地减少传统上将一种新药或医疗设备从实验室带到诊所所需的时间和费用-潜在地降低了照顾不起救命药物往往天文数字成本的大范围人群的门槛。
在电子临床试验中，如果它们实现了，也可以解决药物开发中长期存在的样品偏差问题。在人口统计学上，临床试验往往是不成比例的白人，直到最近，绝大多数是男性。因此，它们没有完全捕捉到药物给最终依赖它们的患者带来的治疗价值和潜在风险。如果硅胶治疗策略被广泛采用，它们将有潜力既能提高新药的疗效，又能扩大治疗的可及性。
关于在研究中使用动物的伦理争论已经搅动了几百年，而且很可能会继续下去。但新冠肺炎的爆发清楚地表明，目前的动物模型范式存在严重的弱点。随着实验在冠状病毒封锁期间停止，研究人员有时间考虑新的、更可持续的发现方法。希望我们将目光超越将不可避免地伴随着一切照常恢复的短期技术挑战，将目光投向更远的地方，转向更人性化、更现代化的科学研究方法。
