大腸菌はグラム陰性の 原核生物モデル生物である。
遺伝学実験の最も有名な対象の一つであるショウジョウバエ
分子生物学および細胞生物学において最も集中的に研究されている真核生物モデル生物の一つであるサッカロミセス・セレビシエ

モデル生物とは、特定の生物学的現象を理解するために広範に研究されているヒト以外の 生物種であり、モデル生物で得られた発見が他の生物の働きへの洞察をもたらすことが期待されている。[1] [2]モデル生物は、ヒトに対する実験が実行不可能または非倫理的な場合に、ヒトの疾患の研究に広く利用されている。[3]この戦略は、すべての生物が共通の祖先を持ち、進化の過程で代謝経路や発生経路、遺伝物質が保存されていることによって可能になっている。[4]

動物モデルを用いた研究は、現代医学の成果のほとんどにおいて中心的な役割を果たしてきた。[5] [6] [7]動物モデルは、人間の生理学や生化学などの分野における基礎知識のほとんどに貢献し、神経科学や感染症などの分野で重要な役割を果たしてきた。[8] [9]その成果として、ポリオのほぼ撲滅や臓器移植の発達が挙げられ、人間と動物の両方に利益をもたらした。[5] [10] 1910年から1927年にかけて、トーマス・ハント・モーガンはショウジョウバエのキイロショウジョウバエを用いて染色体が遺伝子の継承の媒介物であることを明らかにし、 [11] [12]エリック・カンデルはモーガンの発見が「生物学を実験科学へと変貌させるのに貢献した」と記している。[13]モデル生物の研究は、ジフテリア抗毒素の製造[14] [15]や1922年のインスリンの発見[16]と、それまで死を意味していた糖尿病の治療への使用など、さらなる医学の進歩につながりました。 [17]ハロタンなどの現代の全身麻酔薬もモデル生物の研究を通じて開発され、現代の複雑な外科手術に必要不可欠です。[18]動物で行われた研究に依存した20世紀の医学の進歩と治療法には、臓器移植技術[19] [20] [21] [22]人工心肺[23] 抗生物質[ 24] [25] [26]百日咳ワクチン[27]などがあります。

ヒトの疾患の研究では、モデル生物を用いることで、実際のヒトを傷つけるリスクを加えずに、疾患のプロセスをより深く理解することができる。モデル生物の種は、疾患またはその治療に対する反応がヒトの生理機能に類似するように選択されるのが通常であるが、ある生物から別の生物に一般化する場合には注意が必要である。[28]しかし、ヒトの疾患に対する多くの薬剤、治療薬および治療法は、部分的には動物モデルの指導を受けて開発されている。[ 29] [30]動物の疾患に対する治療法も開発されており、その中には狂犬病[31] 、[31]炭疽病[31]、 [31] 鼻疽[31]ネコ免疫不全ウイルス（FIV）[32] 、[結核] 、[31]テキサス牛コレラ[31] 、[豚コレラ]、[31]フィラリア、その他の寄生虫感染症などがある。[33]動物実験は生物医学研究に引き続き必要とされており、[34]アルツハイマー病、[35]エイズ、[36]多発性硬化症、[37]脊髄損傷、多くの頭痛、[38]および有用な試験管モデルシステムが利用できないその他の状態などの医学的問題を解決することを目的として使用されています。

モデル生物は、生命の3つのドメインすべてとウイルスから選ばれる。分子生物学における最初のモデルシステムの一つは、ヒトの消化器系の一般的な構成要素である細菌の大腸菌（ E. coli ）であった。マウス（ Mus musculus）はモデル生物として広範に使用されており、20世紀と21世紀の多くの重要な生物学的発見に関連している。[39]その他の例としては、パン酵母（Saccharomyces cerevisiae）、T4ファージウイルス、ショウジョウバエの Drosophila melanogaster、顕花植物のArabidopsis thaliana、モルモット（Cavia porcellus ）などがある。 E. coliに感染する細菌ウイルス（バクテリオファージ）のいくつかも、遺伝子構造と遺伝子調節の研究に非常に役立ってきた（例：ファージラムダとT4）。[40]疾患モデルは3つのカテゴリーに分けられます。相同動物は、同じ疾患を持つ人間と同じ原因、症状、治療法を持ち、同形動物は同じ症状と治療法を持ち、予測モデルは特定の人間の疾患といくつかの側面のみが類似していますが、一連の疾患の特徴のメカニズムを分離して予測するのに役立ちます。[41]

歴史

研究における動物の使用は古代ギリシャにまで遡り、アリストテレス（紀元前384年～322年）とエラシストラトス（紀元前304年～258年）は生きた動物を使った実験を初めて行った人物の一人です。[42] 18世紀と19世紀の発見としては、アントワーヌ・ラボアジエが熱量計でモルモットを使って呼吸が燃焼の一種であることを証明したことや、ルイ・パスツールが1880年代に羊の炭疽菌を使って細菌説を実証したことなどが挙げられます。[43]

動物モデルを用いた研究は、現代医学の成果の大部分において中心的な役割を果たしてきた。[5] [6] [7]動物モデルは、ヒト生理学や生化学などの分野における基礎知識の大部分に貢献し、神経科学や感染症などの分野で重要な役割を果たしてきた。[8] [9]例えば、その成果にはポリオのほぼ根絶や臓器移植の発達などがあり、ヒトと動物の双方に利益をもたらしている。[5] [10] 1910年から1927年にかけて、トーマス・ハント・モーガンはショウジョウバエであるキイロショウジョウバエを用いて、染色体が遺伝子の遺伝の媒介物であることを発見した。 [11] [12] ショウジョウバエは最初のモデル生物の一つとなり、しばらくの間は最も広く用いられた。[44]エリック・カンデルは、モーガンの発見が「生物学を実験科学へと変革するのに役立った」と書いている。[13] キイロショウジョウバエは、現在でも最も広く用いられている真核生物モデル生物の一つである。同時期に、ウィリアム・アーネスト・キャッスルの研究室では、アビー・ラソップと共同でマウスの遺伝学に関する研究が行われ、DBA（「希釈、褐色、非アグーチ」）近交系マウスの系統が生み出され、他の近交系マウスの系統も体系的に生み出されました。[45] [46]マウスはその後、モデル生物として広く利用され、20世紀と21世紀の多くの重要な生物学的発見と関連しています。[39]

19世紀後半、エミール・フォン・ベーリングはジフテリア毒素を単離し、モルモットでその効果を実証しました。彼はその後、動物、そしてヒトにおけるジフテリアに対する抗毒素を開発し、これが近代的な予防接種法の発展に繋がり、ジフテリアを脅威的な病気からほぼ終焉させました。[14]ジフテリア抗毒素は、1925年にノームへの血清輸送で抗毒素が輸送されたことをモデルにしたイディタロッドレースで広く記念されています。ジフテリア抗毒素の製造における動物実験の成功は、20世紀初頭のアメリカ合衆国における動物実験への反対が衰退した一因とも言われています。[15]

その後のモデル生物を用いた研究は、さらなる医学の進歩につながった。例えば、フレデリック・バンティングによるイヌの研究では、膵臓分泌物の分離株がイヌの糖尿病の治療に使用できることがわかった。この発見がきっかけとなり、1922年にはジョン・マクラウドと共同でインスリンが発見され[16]、それまで死を意味していた糖尿病の治療に利用されるようになった。[ 17 ]ジョン・ケイドのモルモットを用いた研究では、リチウム塩の抗けいれん作用が発見され[47]、双極性障害の治療に革命をもたらし、それまでのロボトミー手術や電気けいれん療法に取って代わった。ハロタンや関連化合物などの現代の全身麻酔薬もモデル生物を用いた研究から開発され、現代の複雑な外科手術に必要不可欠となっている。[18] [48]

1940年代、ジョナス・ソークはアカゲザルの研究を利用して最も毒性の強いポリオウイルスを分離し、[49]ポリオワクチンの開発に至った。1955年に一般公開されたこのワクチンにより、米国ではその後5年間でポリオの発生率が15分の1に減少した。[50] アルバート・セービンは、サルなどの動物宿主にポリオウイルスを感染させることでワクチンを改良した。セービンワクチンは1963年に大量消費向けに生産され、1965年までに米国でポリオが事実上根絶された。[51]ワクチンの開発と生産には10万匹のアカゲザルが必要と推定されており、1匹のサルから65回分のワクチンが生産された。セイビンは1992年に「動物と人間を利用しなければ、人間だけでなく動物の多くの苦しみや早死を防ぐために必要な重要な知識を得ることは不可能だっただろう」と書いている。[52]

20世紀のその他の医学の進歩と治療法は、動物実験に依存しており、臓器移植技術、[19] [20] [21] [22]人工心肺、[23] 抗生物質、[24] [25] [26]百日咳ワクチン[27 ]などがあります。また、狂犬病、 [ 31] 炭疽病、[31] 鼻疽、[31] ネコ免疫不全ウイルス（FIV）、[32]結核、[31]テキサス牛コレラ、 [ 31]豚コレラ（豚コレラ）、[31 ]フィラリア、その他の寄生虫感染症などの動物の病気の治療法も開発されました。[33]動物実験は生物医学研究に引き続き必要とされており、[34]アルツハイマー病、[35]エイズ、[36] [53] [54]多発性硬化症、[37]脊髄損傷、多くの頭痛、[38]および有用な試験管モデルシステムが利用できないその他の状態などの医学的問題を解決することを目的として使用されています。

選択

モデル生物とは、豊富な生物学的データを有し、直接研究することが難しい他の種や自然現象の例として研究するのに魅力的な生物のことである。これらの生物の継続的な研究は、生態学、行動、生体力学から、個々の組織、細胞小器官、タンパク質の微小な機能スケールに至るまで、生物学の様々なレベルにおける多種多様な実験技術と目標に焦点を当てている。生物のDNAに関する研究は、遺伝モデル（ショウジョウバエや線虫のように世代時間が短いもの）、実験モデル、進化樹における重要な位置を調査するゲノム節約モデルに分類される。 [55]歴史的に、モデル生物には、NIHモデル生物のように広範なゲノム研究データを有する少数の種が含まれる。[56]

モデル生物は、実験操作が容易であるという基準で選択されることが多い。これには通常、ライフサイクルの短さ、遺伝子操作技術（近交系、幹細胞株、形質転換法）、専門家に頼らない生活要件といった特性が含まれる。また、ゲノム配列が非常にコンパクトであったり、ジャンクDNAの割合が低い（酵母、アラビドプシス、フグなど）など、モデル生物のゲノム配列決定が容易な場合もある。[57]

研究者が研究に使用する生物を探す際、いくつかの特性に注目します。例えば、サイズ、世代時間、アクセス性、操作性、遺伝学、メカニズムの保存性、そして潜在的な経済的利益などです。比較分子生物学が一般的になるにつれ、一部の研究者は生命樹上の より幅広い系統からモデル生物を求めるようになりました。

系統発生と遺伝的関連性

研究においてモデル生物が用いられる主な理由は、すべての生物は共通の祖先を持つため、ある程度の近縁性と遺伝的類似性を持つという進化論の原理です。したがって、分類学上のヒト近縁種の研究は、人体内のメカニズムや疾患に関する多くの情報を提供し、医学に有用となる可能性があります。[58]

比較プロテオミクス、遺伝学、ゲノミクス、そして地球化学記録や化石記録を用いて、脊椎動物の様々な系統樹が構築されている。 [59]これらの推定によると、ヒトとチンパンジーが最後に共通祖先を共有したのは約600万年前（mya）である。ヒトに最も近い親戚であるチンパンジーは、疾患のメカニズム（そしてヒトの知能に関与する遺伝子）について多くのことを教えてくれる可能性を秘めている。しかし、チンパンジーは研究に用いられることは稀であり、侵襲性の高い処置から保護されている。最も一般的な動物モデルはげっ歯類である。系統樹によると、ヒトとげっ歯類が最後に共通祖先を共有したのは約8000万～1億年前である。[60] [61]このように遠い分岐にもかかわらず、ヒトとげっ歯類には相違点よりもはるかに多くの類似点がある。これはゲノムの大部分が比較的安定しているためであり、脊椎動物の利用が特に生産的となっている。[62]

ゲノムデータは、種間の綿密な比較を行い、近縁性を判断するために用いられます。ヒトはチンパンジーとゲノムの約99%を共有しており[63] [64]（ボノボとは98.7%）[65]、マウスとは90%以上を共有しています[61] 。種を超えてゲノムの大部分が保存されていることを考えると、ヒトとマウスの違いが数千個の遺伝子、つまり約19,000個の遺伝子の1%未満で説明できることは、比較的印象的です。科学者たちは、これらの類似性を利用して、ヒトの疾患の実験モデルや予測モデルを作成してきました[66] 。

使用

モデル生物は数多く存在する。分子生物学における最初のモデル系の一つは、ヒトの消化器系に広く存在する大腸菌である。大腸菌に感染する細菌ウイルス（バクテリオファージ）も、遺伝子構造や遺伝子制御の研究に非常に有用である（例えば、ラムダファージやT4ファージ）。しかし、バクテリオファージは代謝を欠き、増殖には宿主細胞の機能に依存するため、生物として分類すべきかどうかは議論の余地がある。[67]

真核生物では、いくつかの酵母、特にサッカロミセス・セレビシエ（「パン酵母」または「出芽酵母」）が、主に培養が迅速で容易であることから、遺伝学および細胞生物学において広く用いられてきました。単純な酵母の細胞周期はヒトの細胞周期と非常に類似しており、相同タンパク質によって制御されています。ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）もまた、動物としては培養が容易で、様々な先天性形質が目に見えること、そして唾液腺に光学顕微鏡で観察可能な多糸（巨大）染色体を有することから研究されています。線虫（Caenorhabditis elegans）は、一定数の細胞からなる非常に明確な発生パターンを持ち、異常を迅速に検査できることから研究されています。[68]

疾患モデル

研究に用いられる動物モデルは、ヒトの病態に類似した、既存の、あるいは近親交配によって誘発された疾患や傷害を有する場合があります。これらの試験条件は、しばしば疾患の動物モデルと呼ばれます。動物モデルを用いることで、研究者はヒト患者では不可能な方法で疾患状態を研究することができ、ヒトに倫理的に害を及ぼすと判断されないレベルの危害を及ぼすような処置を、ヒト以外の動物に対して行うことができます。[69]

疾患の最良のモデルは、病因（発症メカニズム）と表現型（徴候と症状）においてヒトの同等のモデルと類似しています。しかし、複雑なヒト疾患は、疾患過程の個々の部分を分離して解析する単純化されたシステムによってより深く理解できる場合が多いです。例えば、実験動物における不安や疼痛の行動類似物は、ヒトにおけるこれらの疾患の治療薬のスクリーニングと試験に利用できます。2000年の研究では、動物モデルがヒトの毒性と一致した（真陽性と偽陰性の一致）症例は71%で、非げっ歯類のみでは63%、げっ歯類のみでは43%でした。[70]

1987年、デイビッドソンらは、研究のための動物モデルの選択は9つの考慮事項に基づいて行うべきであると提案した。これには以下が含まれる。

1) 類似物としての適切性、2) 情報の移転可能性、3) 該当する場合の生物の遺伝的均一性、4) 生物学的特性に関する背景知識、5) コストと入手可能性、6) 結果の一般化可能性、7) 実験操作の容易さと適応性、8) 生態学的影響、および9) 倫理的影響。[71]

動物モデルは、相同モデル、同型モデル、予測モデルに分類できます。さらに、動物モデルは、1) 実験モデル、2) 自発モデル、3) ネガティブモデル、4) オーファンモデルという4つのカテゴリーに分類できます。[72]

実験モデルは最も一般的です。これは、表現型や治療への反応においてヒトの病態に類似しているものの、実験室で人工的に誘発された疾患モデルを指します。例としては、以下のようなものが挙げられます。

自然発生モデルとは、研究対象となる動物においてヒトの疾患と類似した疾患を指します。これらのモデルは稀ですが、有益な情報を提供します。ネガティブモデルとは、基本的に対照動物を指し、実験結果の検証に役立ちます。オーファンモデルとは、ヒトに類似する疾患がなく、研究対象となる種にのみ発生する疾患を指します。[72]

遺伝的にヒトに近い非ヒト霊長類やその他の哺乳類のゲノムに関する知識の増加により、遺伝子組み換え動物の組織、臓器、さらにはヒトの疾患を発現する動物種の製造が可能になり、動物モデルにおけるヒト疾患のより堅牢なモデルが提供されるようになりました。[87]

心理学や社会学の分野で観察される動物モデルは、しばしば行動動物モデルと呼ばれる。患者のうつ病症状を完全に再現する動物モデルを構築することは困難である。うつ病は、他の精神疾患と同様に、動物において独立して再現・評価できるエンドフェノタイプ[88]から構成される。理想的な動物モデルは、うつ病につながる可能性のある分子的、遺伝的、およびエピジェネティックな要因を理解する機会を提供する。動物モデルを用いることで、根本的な分子的変化や、遺伝的または環境的変化とうつ病との因果関係を調べることができ、うつ病の病理へのより深い洞察が得られる。さらに、うつ病の動物モデルは、うつ病の新しい治療法を見つけるために不可欠である。 [89] [90]

重要なモデル生物

モデル生物は、生命の3つのドメインすべてに加え、ウイルスからも得られます。最も広く研究されている原核生物モデル生物は大腸菌（E. coli）で、60年以上にわたり精力的に研究されてきました。大腸菌は一般的なグラム陰性腸内細菌であり、実験室環境で容易かつ安価に増殖・培養することができます。分子遺伝学において最も広く用いられている生物であり、バイオテクノロジーおよび微生物学の分野でも重要な種であり、組換えDNAを用いた研究の大部分において宿主生物として利用されてきました。[91]

単純なモデル真核生物には、パン酵母（サッカロミセス・セレビシエ）や分裂酵母（シゾサッカロミセス・ポンベ）などがあり、どちらもヒトを含む高等細胞と多くの特徴を共有している。例えば、がんの発生に重要な細胞分裂遺伝子が酵母で多数発見されている。遺伝学がよく研究されている単細胞緑藻のクラミドモナス・ラインハルティは、光合成や運動性の研究に用いられている。クラミドモナス・ラインハルティには、既知でマッピングされた変異体や発現配列タグが多数存在し、遺伝子の形質転換や遺伝子選択のための高度な方法がある。[92]細胞性粘菌（ディクチオステリウム・ディスコイデウム）は分子生物学や遺伝学で用いられ、細胞間コミュニケーション、分化、プログラム細胞死の例として研究されている。

医学研究で広く使用されている実験用マウス

無脊椎動物の中で、ショウジョウバエ （Drosophila melanogaster）は、トーマス・ハント・モーガンらによる遺伝学実験の対象として有名です。ショウジョウバエは実験室での飼育が容易で、世代交代が早く、繁殖力が高く、染色体数が少なく、観察可能な突然変異を容易に誘発できます。[93]線虫 （Caenorhabditis elegans）は、発生と生理機能の遺伝的制御を理解するために用いられています。1963年にシドニー・ブレナーによって神経発生のモデルとして初めて提唱され、それ以来、様々な分野で広く利用されてきました。[94] [95] C. elegansは、ゲノムが完全に配列決定された最初の多細胞生物であり、2012年現在、コネクトーム（神経細胞の「配線図」）が完成した唯一の生物です。[96] [97]

シロイヌナズナは現在最も人気のあるモデル植物です。小型で世代時間が短いため、迅速な遺伝学研究が可能であり[98]、多くの表現型および生化学的変異体がマッピングされています[98] 。 シロイヌナズナはゲノム 配列が解読された最初の植物です[98]。

脊椎動物の中でも、モルモット（Cavia porcellus ）はロベルト・コッホをはじめとする初期の細菌学者によって細菌感染の宿主として用いられ、「実験動物」の代名詞となったが、現在ではあまり用いられていない。現在、脊椎動物の代表的なモデルはマウス（ Mus musculus）である。多くの近親交配種が存在するほか、体格、肥満、筋肉量、自発的な輪走行動など、医学的に重要な特定の形質を選抜した系統も存在する。[99] ラット（Rattus norvegicus）は、マウスに比べて器官や器官下構造が大きいため、毒性学モデル、神経学モデル、初代細胞培養の原料として特に有用である。一方、アフリカツメガエル（Xenopus tropicalis ）とアフリカツメガエル（Xenopus laevis）の卵子と胚は、発生生物学、細胞生物学、毒性学、神経科学で用いられている。[100] [101]同様に、ゼブラフィッシュ（Danio rerio）は発生初期にはほぼ透明な体を持ち、この時期の動物の内部構造を視覚的に観察できるというユニークな利点があります。ゼブラフィッシュは、発生、毒性学、毒性病理学、[102]特定の遺伝子機能やシグナル伝達経路の役割を研究するために用いられています。

その他の重要なモデル生物とその用途としては、T4ファージ（ウイルス感染）、テトラヒメナ・サーモフィラ（細胞内プロセス）、トウモロコシ（トランスポゾン）、ヒドラ（再生と形態形成）[103] 、 猫（神経生理学）、鶏（発達）、犬（呼吸器系と心血管系）、ノトブランキウス・フルゼリ（老化）[104] 、アカゲザルやチンパンジーなどの非ヒト霊長類（肝炎、HIV、パーキンソン病、認知、ワクチン）、フェレット（SARS-CoV-2）[105]などが挙げられます。

選択されたモデル生物

以下の生物は、特定の特性の研究を容易にしたり、遺伝子へのアクセスが容易であったりするため、モデル生物として利用されてきました。例えば、大腸菌は、形質転換や遺伝子操作といった遺伝子工学技術が開発された最初の生物の一つです。 [106]

すべてのモデル生物種のゲノムは、ミトコンドリア／葉緑体ゲノムを含め、配列が解読されています。モデル生物データベースは、研究者にDNA、RNA、タンパク質などの配列をダウンロードしたり、特定の遺伝子の機能情報（例えば、遺伝子産物の細胞内局在や生理学的役割など）にアクセスしたりするためのポータルを提供するために存在します。[107]

制限事項

ラットやマウスなど、生物医学研究の実験対象として用いられる多くの動物モデルは、選択的に運動不足、肥満、耐糖能障害を示す場合がある。そのため、食事によるエネルギー摂取量や運動の影響を受ける可能性のあるヒトの代謝過程や疾患をモデル化するためにこれらの動物モデルを使用することは困難となる可能性がある。[125]同様に、モデル生物とヒトの免疫系には違いがあり、刺激に対する反応が大きく異なるが、[126] [127] [128]ゲノム機能の基本原理は同じである可能性がある。[128]標準的な実験室ケージ内の劣悪な環境では、研究動物は健全な情緒発達に必要な精神的・肉体的挑戦を受けることができない。[129]日々の変化、リスクと報酬、複雑な環境がなければ、動物モデルはヒトの経験のモデルとしては不適切であると主張する人もいる。[130]

マウスはいくつかの免疫特性においてヒトと異なる。マウスはヒトよりもいくつかの毒素に対する耐性が高く、血液中の総好中球分画、好中球酵素能、補体系の活性が低く、炎症過程に関与するペントラキシンのセットが異なり、 IL-8、IL-37、TLR10、ICAM-3などの免疫系の重要な構成要素の遺伝子が欠損している。[80]特定病原体フリー（SPF）環境で飼育された実験用マウスは通常、メモリーT細胞が欠損したかなり未熟な免疫系を有する。これらのマウスは微生物叢の多様性が限られている可能性があり、それが免疫系や病状の進行に直接影響を及ぼしている。さらに、持続ウイルス感染（ヘルペスウイルスなど）はヒトでは活性化するが、SPFマウスでは活性化せず、敗血症性合併症を伴い、細菌の同時感染に対する耐性が変化する可能性がある。 「汚れた」マウスは、ヒトの病態を模倣するのに適している可能性があります。さらに、圧倒的多数の研究では近交系マウスが用いられていますが、ヒト集団は異質であるため、系統間雑種、遠交系、非線形マウスを用いた研究の重要性が示唆されています。 [80]

意図しない偏見

いくつかの研究では、動物実験における公開データが不十分だと、実験方法の詳細が論文から省略されたり、実験方法の違いによってバイアスが生じたりして、再現性のない研究につながる可能性があることが示唆されています。隠れたバイアスの例として、カナダのモントリオールにあるマギル大学で2014年に行われた研究では、男性が扱ったマウスは女性よりもストレスレベルが高かったことが示唆されています。[131] [132] [133] 2016年の別の研究では、マウスの腸内細菌叢が科学研究に影響を与える可能性があることが示唆されています。[134]

代替案

倫理的な懸念に加え、動物実験のコスト、維持管理、そして相対的な非効率性といった問題から、疾患研究のための代替手法の開発が促進されてきた。細胞培養、すなわちin vitro研究は、生細胞の生理機能を維持しながら、メカニズム研究のために動物を犠牲にする必要のない代替手段を提供する。ヒト誘導性多能性幹細胞もまた、がんや細胞再生を理解するための新たなメカニズムを解明することができる。[135]画像診断研究（ MRIやPETスキャンなど）は、ヒト被験者に対する非侵襲的な研究を可能にする。近年の遺伝学およびゲノミクスの進歩により、疾患関連遺伝子を特定することが可能となり、治療の標的とすることができる。

多くの生物医学研究者は、病気の病理や治療における複雑な相互作用を研究する際には、生きた生物に代わるものはないと主張している。[136] [137]

倫理

研究における動物の倫理的使用に関する議論は、少なくとも1822年にまで遡る。この年、英国議会は英国とインドの知識人からの圧力を受け、家畜への虐待を防止する最初の動物保護法を制定した。[138]その後、1835年の動物虐待法と1849年の動物虐待法が制定され、動物への虐待、過度の追い込み、拷問が犯罪とされた。1876年には、全米動物実験反対協会からの圧力を受け、1849年の動物虐待法が改正され、研究における動物の使用を規制する規則が盛り込まれた。この新しい法律では、1)実験は教育のため、または人間の生命を救い延命させるために絶対に必要であることが証明されなければならない、2)動物は適切に麻酔をかけなければならない、3)実験が終わったらすぐに動物は殺されなければならない、と規定された。今日、これらの3つの原則は、動物の使用と研究を規制する法律とガイドラインの中心となっています。米国では、1970年の動物福祉法（実験動物福祉法も参照）が研究における動物の使用と飼育の基準を定めています。この法律は、APHISの動物飼育プログラムによって施行されています。[139]

NIHの資金が動物研究に使用されている学術機関は、NIH実験動物福祉局（OLAW）の管轄下にあります。各施設では、OLAWのガイドラインと基準は、施設内動物管理使用委員会（IACUC）と呼ばれる地域審査委員会によって遵守されています。生きた動物を用いたすべての実験は、この委員会によって審査・承認されます。ヒトの健康への利益の可能性、苦痛の最小化、そして迅速かつ人道的な安楽死の実施を証明することに加え、実験者は、代替、削減、改善の原則に基づいて、実験計画の正当性を示す必要があります。[140]

「代替」とは、動物の使用に代わる手段を用いる取り組みを指します。これには、コンピュータモデル、非生物組織や細胞の使用、そして可能な限り「高等」動物（霊長類や哺乳類）を「低等」動物（冷血動物、無脊椎動物など）に置き換えることが含まれます。[141]

「『削減』とは、実験に使用する動物の数を最小限に抑える努力を指し、不必要な反復を避け、統計的検出力計算によってサンプルサイズを決定することで、必要最小限の動物数で科学的に有効な結果が得られるようにする。」[142]

改良とは、実験計画を可能な限り苦痛の無い効率的なものにし、苦痛、苦悩、ストレス、または永続的な害を最小限に抑えるために、手順、飼育、鎮痛、人道的なエンドポイント、および動物のケアを改善するための努力を指します。[143]

参照

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  • ウェルカムトラストによるモデル生物の説明
  • 国立衛生研究所比較医学プログラム脊椎動物モデル
  • NIH、モデル生物を用いてヒト疾患を研究
  • 国立衛生研究所モデル生物共有ポリシー
  • NIHの研究で動物が使われる理由
  • 疾患動物モデル – BSRC アレクサンダー・フレミング
  • エミス –国立がん研究所
  • ノックアウトマウスプロジェクト – KOMP
  • マウス生物学プログラム
  • 国立衛生研究所ミュータントマウスリソース＆リサーチセンター、マウスリポジトリをサポート
  • ラットリソース＆リサーチセンター –国立衛生研究所、ラットリポジトリの支援
  • NIHモデル生物研究の再現性と厳密性 2019年4月30日アーカイブ - Wayback Machine