本文作者／林宜萱研究專員


隨著科技發展與動物福祉觀念提升，動物替代技術逐漸成為生命科學、毒理評估與產品開發中的重要議題。過去，食品、農藥、飼料添加物或藥品的安全性與功效評估，常需透過動物試驗取得資料；近年則逐漸導入更精準的試驗設計、細胞模式、電腦模擬與人工智慧等工具，協助落實「3R原則」：取代（Replacement）、減量（Reduction）與精緻化（Refinement）。

本文將從三個案例切入，說明動物替代技術如何應用於飼料功效試驗、農藥安全評估，以及新興影響精神物質的風險預測。從傳統畜牧業的豬隻飼料測試、農藥安全性的人體細胞試驗，到運用大數據與AI防堵新興毒品的雲端戰場。讓我們一起來看看，這些創新技術如何兼顧人類安全與動物福祉。


從糞便看見腸道線索—飼料功效試驗的減量與優化

第一個案例，來自畜牧與飼料業。當業者開發新的飼料添加物時，習慣使用大批規模的動物（例如每組高達100頭豬隻）來進行動物實驗，以確保數據準確。不僅如此，為了觀察飼料對動物腸道的真實影響，部分試驗需在豬隻尚未達到上市體重前犧牲採樣，以取得腸道食糜或腸道生理資料。這類作法不僅增加試驗成本，也提高動物使用與倫理負擔。

為此，財團法人農業科技研究院動物科技研究所（林傳順副所長團隊）與東海大學畜產與生物科技學系（陳怡蓁助理教授），從「減量」與「精緻化」兩個方向進行調整。首先，透過精密的統計學設計，將豬隻的起始體重、性別、胎次等變數納入考量，成功將每組所需的動物數量從原先的100頭，大幅縮減至60頭以內，且依然能獲得具公信力的科學數據。其次，利用「次世代基因定序」分析，發現豬隻「糞便」中的特定菌相變化趨勢，與需要犧牲動物才能取得的「腸道食糜」分析結果高度一致。這顯示糞便檢體有機會作為評估飼料功效的輔助生物標記，未來若持續累積資料並完成驗證，可望減少為取得腸道食糜而提前犧牲動物的需求。

這類技術可應用在飼料添加物、動物保健產品、畜牧場功效驗證，以及學研單位進行動物營養研究時的試驗設計。不過，未來仍需要累積更多不同品種、不同飼養條件與不同產品類型的資料，才能讓減量模式更穩定、更容易被產業與主管機關接受。

糞便菌相分析示意圖


以細胞把關農藥安全—農藥皮膚過敏性替代評估平台

接著，我們將視角拉到農業。農民在使用農藥時，皮膚是最容易接觸到化學物質的部位，因此評估農藥是否可能引起皮膚過敏，是安全評估中不可忽視的一環。過去，皮膚致敏性評估多仰賴小鼠局部淋巴結試驗，透過觀察動物免疫系統是否被啟動，判斷農藥是否可能引發過敏反應。然而，這類試驗需要使用動物，也受限於小鼠與人體之間的物種差異。

為了突破困境，農業部農業藥物試驗所（廖俊麟副研究員）、財團法人國家衛生研究院生技與藥物研究所（童俊維研究員）以及國立臺灣大學獸醫學系（王家琪副教授）組成了跨域研究團隊，導入「健康危害途徑（AOP）」概念，打造出「整合系統評估策略（ITS）」，將人類的離體樹突細胞（免疫細胞）養在培養皿中，直接測試農藥是否會激發過敏反應（h-CLAT 與 U-SENS 方法），再搭配電腦模擬大數據進行交叉分析。此評估流程不使用活體動物，研究結果顯示準確度可達60%以上，且未觀察到偽陰性情形。

這套平台能提供農藥研發廠商在開發初期進行快速、大量的高通量毒性篩檢，有效降低研發成本；同時也能提供給主管機關（如動植物防疫檢疫署）作為農藥登記與安全控管的科學審查依據，並可作為農藥標示、風險管理與農民職業安全防護的科學參考。

目前農民在實際使用時，常將多種農藥混合，而混合物的評估比單一成分複雜許多，未來團隊需持續擴充符合法規需求的「農藥成品皮膚致敏試驗資料庫系統」，並納入更多元的體外試驗來提升預測準確率，以推動這些新穎替代方法正式納入國內法規標準。

農藥所、國衛院及臺大團隊合照


AI雲端緝毒神探—以電腦模擬評估新興影響精神物質

第三個案例，則把動物替代技術延伸到更前端的風險預警。近年來，新興影響精神物質（NPS）快速出現，不肖分子不斷微調化學結構，以逃避現有法規管制。若等到危害發生後才逐一檢驗與列管，往往已經落後一步。

國立臺灣大學生醫電資所（曾宇鳳教授團隊），則嘗試以電腦模擬方式建立新興影響精神物質的風險預測工具，讓部分前期判斷不需進入動物試驗流程。蒐集我國及多國已列管之新興影響精神物質資料，包括物理特徵、化學結構與已知藥毒理作用，建置涵蓋全球已知NPS數量70%以上的龐大電子資料庫，接著運用支持向量機（SVM）與決策樹（DT）等「機器學習」演算法來訓練AI模型，研究結果顯示，模型在既有測試資料中辨識新興影響精神物質的準確度可達96%至98%以上，且分析流程可於雲端快速完成。相較於直接進入後續實驗，此類工具可作為前期風險判斷依據，並減少不必要的動物試驗需求。

這類技術的價值，在於把部分風險判斷提前。傳統上，要了解一個新物質的作用，可能需要進行一連串實驗，包括細胞、動物甚至更複雜的毒理評估；但若能先用電腦模型初步分類與預測，就能減少不必要或重複的動物試驗，也能讓政府更快掌握潛在風險。

電腦模擬並非萬能，新興毒品的種類仍在全球各地快速增加，未來需要持續與國際公衛組織接軌，每年不間斷地更新毒品數據，並優化系統的分析與計算架構，讓國內的監管與偵測技術能真正與國際同步，協助提升國內對新興影響精神物質的風險預警與監管效率。

AI預測新興毒品風險示意圖



從減量到精準—動物替代技術的未來

對本學會而言，這類成果整理的重點，不只是逐項呈現研究團隊開發了哪些技術，而是將不同領域的3R案例轉化為可理解、可比較、可延伸討論的內容。從飼料功效試驗、農藥安全評估到新興影響精神物質風險預測，這些案例分屬不同應用場景，卻共同指向同一個方向：讓研究方法更精準，讓動物使用更審慎，也讓技術成果有機會被政策、產業與社會大眾理解。

這些案例顯示，動物替代技術不只是動物福祉議題，也正在成為改善試驗設計、提升研發效率與強化風險評估的重要工具。未來若能持續累積資料、完善驗證流程，並與法規及產業需求銜接，3R技術將有機會在更多研究與應用場景中發揮作用。


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