藥毒所建全球首創農藥致敏性評估平臺 縮短8成以上試驗期程、免用實驗動物

藥毒所建置「皮膚過敏性評估人工智慧演算平台」,可無須犧牲實驗動物,即可預測農藥的皮膚過敏性。(圖片提供/藥毒所)

農藥是否讓人皮膚過敏,不須犧牲任何一隻動物做實驗!農委會農業藥物毒物試驗所與國家衛生研究院、臺灣大學獸醫系合作,共同打造全球第一個適用於農藥產品的「皮膚過敏性評估人工智慧演算平台」,可無須犧牲實驗動物,即可預測農藥的皮膚過敏性,準確率在8成以上;且相較傳統動物試驗須時3到5周,平臺可在4天內完成測試,減少逾8成試驗時間。

全球日趨重視動物福利,推動實驗動物「3R原則」:替代(Replacement)、減量(Reduction)、精緻化(Refinement),尋求動物試驗替代技術,減少實驗動物數量以及降低動物在試驗過程的痛楚。歐盟自2013年明令化妝品禁用動物實驗,臺灣也在2019年禁止化妝品動物實驗,且從2010年起即陸續導入動物3R農藥試驗研究。

藥毒所在農委會畜牧處經費支持下,從2020年起與國衛院、臺大共同合作打造無動物犧牲的農藥新穎皮膚過敏性評估平臺,此平臺收集全球皮膚致敏性研究資料、建立資料庫,包括殺菌劑農藥「免賴得」等近200種的農藥資料庫,以AI人工智慧分析出各種化學品與人體過敏機制相關的「關鍵結構」,並結合實際人體細胞試驗的資料,可預測人體暴露農藥時可能發生的過敏反應。相關研究已在去年底成功發表國際期刊《Journal of Pesticide Science》。

新穎皮膚過敏性評估平臺預測農藥致敏性,只要將農藥化學品的簡化線性結構式輸入平臺,系統即可辨識出具有致敏性的「關鍵結構」,在數秒間評估人體暴露於此農藥化學品可能發生的過敏發炎反應。

國衛院生技與藥物研究所研究員童俊維表示,市面化學品化學結構有幾十億種,每種化學品還有上百、上萬種衍伸物,不可能每種都透過實驗判斷其致敏性,因此須透過AI技術綜合數據、尋找關聯性,建立預測模式進行評估。他說,國際上有人為化妝品、工業化學品建立皮膚致敏性評估模型,但此模型用於評估農藥準確度不佳,新穎皮膚過敏性評估平臺是全球首創適用評估農藥產品的系統。

評估平臺除了以AI技術進行評估,也納入體外人體細胞實驗的真實試驗資料。臺大獸醫學系副教授王家琪指出,免疫細胞是否活化是過敏反應重要的關鍵之一,透過細胞實驗可確認免疫細胞是否活化,獲得過敏重要指標;而且平臺AI預測是根據化學品的結構式,細胞實驗資料則會納入劑量濃度的差異,有助綜合評估致敏性強弱。

藥毒所副研究員廖俊麟表示,農藥可分「農藥原體」──製成農藥產品所須有效成分原料,以及取得農藥許可證的成品農藥,新穎皮膚過敏性評估平臺不只可預測原體的致敏性,未來將繼續擴展用於預測農藥混合物及成品。

廖俊麟指出,傳統動物實驗使用天竺鼠,將測試化學品塗在其剃毛背部皮膚,觀察過敏反應,每個化學品最多要用到60隻天竺鼠,之後雖開發出小鼠測試方法,雖可減少使用實驗動物及動物的不適,但仍要用到30隻小鼠,新穎皮膚過敏性評估平臺用電腦預測,不須使用實驗動物。