AI 不只能聊天,還能救實驗小鼠!台灣首創人工智慧農藥過敏評估平台,動物不再犧牲

農藥上市前一向透過動物實驗確認毒性,不過實驗犧牲許多小白鼠,不符合國際間減少實驗動物的趨勢。藥物毒物試驗所(以下簡稱「藥毒所」)、國家衛生研究院(以下簡稱「國衛院」)和臺灣大學合作,開發「皮膚過敏性評估人工智慧演算平台」,讓小白鼠不必再為檢測農藥而犧牲。

這個評估平台經輸入大量化學品資料後,可從農藥中搜尋具過敏性的化學結構,加上後續的體外細胞實驗提升檢驗準確性,節省 80% 以上檢驗時間,是全球第一個人工智慧評估農藥的平台。目前平台技術已發佈在國際期刊,藥毒所也正與防檢局協商,希望技術盡快應用於台灣農藥審查。

用人工智慧評估農藥過敏性將不需實驗動物,更符合動物福利。(攝影/孫維揚)

單次檢驗就需犧牲 30 隻小白鼠,人工智能協助替代動物

農藥需經過毒理實驗,才能確保農民使用安全。藥毒所副研究員廖俊麟說明,農藥若會引發過敏,需在說明資料中註明,提醒農民穿戴防護裝備,以免不慎接觸農藥後,皮膚容易發紅、發熱,或產生更嚴重的水腫、疼痛、結痂等過敏症狀。

以往藥毒所仰賴動物檢驗農藥是否具有過敏性,早期會將天竺鼠背部剃毛,再貼上沾有農藥的貼布,觀察天竺鼠皮膚的過敏反應。廖俊麟表示,藥毒所 2012 年改將農藥沾上小鼠耳朵,再觀察小鼠的淋巴細胞增生狀況,以預測人體對農藥的過敏反應。

雖然改以耳朵為測試部位不用剃毛,已減少牠們在農藥實驗中的痛苦,但廖俊麟說明,執行一次農藥過敏性實驗需使用至少 30 隻小鼠,且實驗後就會將其安樂死,不符合國際間要求實驗動物「替代、減量、精緻化」(以下簡稱「3R」)趨勢,需減少使用實驗動物。

國際間逐步禁用動物進行化學品實驗,台灣也於 2019 年規定禁止化妝品利用動物進行實驗。為了在農藥實驗中停用實驗動物,廖俊麟說明,藥毒所自 2020 年跟國衛院、臺灣大學獸醫系合作,開發「評估平台」,希望用人工智慧協助判斷農藥過敏性,以完全替代實驗動物。

廖俊麟說明,以人工智慧檢驗農藥過敏性,可不再犧牲實驗動物。 (攝影/孫維揚)

全球首創農藥評估平台,快速找出造成過敏的「鑰匙」

國際間已有人工智慧判讀化妝品、工業化學品毒理性的成果,但國衛院生技與藥物研究所研究員童俊維表示,相對於其他化學品,農藥的化學刺激性、毒性等反應更多元,化學結構也多達上萬種,國際間仍未有精準度高的農藥檢驗平台。台灣如今完成的過敏性評估平台,「可說是全球第一個以人工智慧評估農藥的平台」。

為了增加評估平台的精準度,藥毒所已經提供超過 190 種農藥資料協助平台判讀。不過造成過敏的化學品相當多元,廖俊麟說明,平台除判讀農藥外,也學習數千種化學品的結構特性、文獻、歷史資料,以利找出農藥中導致人體過敏的化學物質結構。

廖俊麟解釋,化學品會導致人體過敏,是因為有特定的化學物質結構,像「鑰匙」般從人體皮膚啟動過敏機制,讓人體出現過敏反應。而給予過敏性評估平台農藥、化妝品、醫藥等多元的化學品資料,就是讓它學會辨認農藥是否含有這些「鑰匙」,「可說是見微知著,從化學結構預測過敏性」。

在過敏性檢測平台輸入待測定農藥的化學結構(左側),即可快速獲得預測結果(右側)。(圖片提供/藥毒所)

100% 不用實驗動物,評估平台檢驗更快、更精準

廖俊麟表示,透過評估平台預測農藥過敏性將完全不需使用小鼠,「實驗動物減量 100%!」以往藥毒所會有飼料、水電等照顧動物的花費跟人力,評估平台取代動物實驗後,就能減少農藥實驗的成本。

此外使用天竺鼠或小鼠檢驗農藥過敏性要耗 3 至 5 週時間,現在使用評估平台,最快數秒即可預測結果。縱使仍需透過體外細胞實驗確認農藥產生過敏性的濃度,也僅約 4 天就能完成實驗,縮短 80% 以上的時間。

臺灣大學獸醫系副教授王家琪說明,過敏性評估平台進行初步檢驗後,會再依照國際間對化學品的試驗規範,以人類免疫系統中特定細胞的體外細胞實驗,重複驗證農藥過敏性。

動物社會研究會執行長朱增宏認為,跨物種之間對藥物的生理反應差異極大,實驗動物對農藥的毒性反應不一定適用於人類。國際間多項研究證明人工智慧研究藥物的毒理結構,效果不亞於動物實驗,如今台灣開發評估平台增加實驗精準度又大幅減少實驗動物用量,「非常值得鼓勵!」

若平台技術能正式應用在台灣農藥審查,將可完全替代實驗動物。(攝影/孫維揚)

呼籲盡快修法,讓平台在台灣審查農藥

朱增宏認為評估平台若受到國際認同,不僅符合實驗動物 3R 趨勢,也更有利於台灣農藥貿易與外銷。不過依照《農藥管理法》規範,台灣的農藥檢驗多數只接受動物實驗,阻礙評估平台實際應用,他呼籲相關法規應盡快修正。

廖俊麟表示,評估平台成果相當完整,也已發佈在國際期刊。藥毒所等單位正密集與防檢局協商,加快《農藥管理法》修法,將評估平台導入台灣農藥審查。另外他提及,藥毒所也將農藥急毒性、環境毒性等毒理評估資訊導入平台技術,後續將努力讓農藥安全性測試完全不需實驗動物。

評估平台已經內建大量的化學品資料,廖俊麟認為,該平台技術未來也可應用於化妝品、醫藥等領域,讓更多化學品的安全性測試都用人工智慧評估來替代實驗動物。

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