동물 복지 중심: 종양 연구 프로그램에서 쥐 및 마우스의 인도적 종점
최근 들어, 실험 동물의 '3Rs' 원칙, 즉 감소(Reduction), 대체(Replacement), 개선(Refinement)을 지지하는 목소리가 점점 더 커지고 있습니다. 윤리적, 과학적, 법적 측면에서 동물에 대한 부정적 영향을 최소화할 수 있는 적절한 인도적 종점을 선택하는 것은 3Rs의 '개선' 원칙에서 중요한 부분입니다. 연구의 과학적 목적 달성 시 발생하는 '실험 종점'과 달리, '인도적 종점'은 실험 동물의 고통이나 불안을 예방, 종료 또는 완화하는 시점입니다.
고품질의 종양학 연구를 위해서는 합리적인 인도적 종점을 설정함으로써 비특이적 전신적 영향을 줄일 수 있으며, 이는 결과의 정확성을 높이고 동물 복지 수준을 최고로 유지하는 데 기여합니다. 종양학 프로그램 연구에서 실험 동물의 건강과 복지는 분명히 최우선에 두어야 합니다.
그러면 과학자들은 종양학 연구를 위한 동물 실험에서 인도적 종점을 어떻게 결정할 수 있을까요? 함께 알아보겠습니다!
1. 생물의학 연구 분야에서 종양학 연구를 위한 동물 실험에서 인도적 종점을 어떻게 결정할 수 있나요?
먼저, 본문에서 제시하는 인도적 종점은 널리 사용되는 동물 실험 기반으로 합니다. 각 연구에 따라 실험 진행의 특성을 고려하여 인도적 종점을 통제해야 합니다. 예를 들어, 종양의 진행이 상당히 진행된 경우, 발암성 연구는 종료될 수 있습니다. 반면 일부 종양은 발달 후기까지 악성 전환이 일어나지 않으며, 이 경우 인도적 종점을 지연시켜야 합니다. 예를 들어, 발암제 유도 피부 낭포종의 경우가 해당됩니다.
① 사전 실험을 통해 종양의 발달 및 진행 정도를 완전히 파악하면, 신뢰성 있고 정확한 인도적 종점을 식별하는 데 도움이 됩니다.
특정 모델의 인도적 종점은 해당 종양 모델의 알려진 병태생리학적 특성을 고려해야 하며, 정기적으로 경험적으로 검토되어야 합니다. 영상 기술은 특정 종양 모델의 발달에 대해 더 명확한 인도적 종점을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. 다양한 영향 요인을 식별하고 동물 복지에 미치는 영향을 종합적으로 고려하여 조기 과학적 결정을 내려야 합니다. 종양 유도 사망으로 실험을 종료하는 것은 받아들일 수 없는 행위입니다.
② 고체 종양 이식 위치의 선택은 최대 허용 종양 부담과 적절한 인도적 종점을 영향을 미칩니다.
(a.) 발바닥, 꼬리, 눈, 뼈와 같은 부위에 종양을 이식할 경우 동물이 더 아프거나 고통스러워질 수 있으며, 특별한 취급과 조기 인도적 종점이 필요합니다. 또한 민감한 부위로 전이되는 종양은 매우 주의 깊게 관리되어야 합니다.
(b.) 체중 감소는 인도적 종점으로 보고된 바 있습니다. 뇌종양이 필요할 경우, 예를 들어 뇌종양 생물학 이해 및 치료 개발을 위해 MRI 또는 생물발광 영상(BLI) 기술이 매우 유용할 수 있습니다.
(c.) 근육 내 종양은 고통스럽고, 원위치 연구(예: 육종)가 정당화될 때만 원위치 이식이 허용되어야 합니다.
③ 전유전자 동물의 경우, 예기치 않은 종양 발생 부위를 조기에 탐지하기 위해 특별한 주의가 필요합니다.
모든 내부 종양 부위와 마찬가지로, 임상 검사, 체중 측정, 복부 촉진 및 상태 변화를 포함합니다. 연구자, 수의사 및 동물 사육 담당자 간에 인도적 종점, 전문적 사료 관리 및 실험 전 개입 방안에 대해 논의해야 합니다. 약물 동역학 검사, 기능적 영상 등 실험 분석 데이터를 테스트 및 평가하여 상세한 형질 정보를 확보하면, 타당한 종점을 식별하는 데 도움이 됩니다.
2. 종양 부담 분석 - 마우스 및 래트 모델
임상적 관점에서 종양 부담은 종양이 신체에 미치는 피해 정도를 의미합니다. 일반적으로 종양 크기, 종양 활성, 종양 전이, 종양의 위치가 초래하는 피해 정도를 포함합니다. 종양 크기 및 부담 평가는 인도적 종점을 결정하는 중요한 기준이 됩니다.
① 종양 부담은 유효한 과학적 결과를 얻기 위해 필요한 최소한의 수준으로 제한되어야 합니다.
치료 효과가 지속적이고 통계적으로 유의미한 결과를 보일 경우, 유효성 연구는 종료되어야 합니다. 치료 연구 설계 시 종양 부피를 통제하고 너무 큰 종양을 피해야 합니다. 단순한 루틴 이식 또는 종양 조직 공급용으로 사용되는 모든 종양은 크기 제한이 필요합니다. 모든 경우에 동물의 일반적인 건강 상태가 가장 중요한 결정 요소입니다. 동물에 미치는 부정적 영향은 종양의 생물학적 특성, 이식 부위, 종양 성장 방식, 추가적인 조작 또는 치료 여부에 따라 달라집니다.
단일 종양을 지닌 동물의 경우, 마우스에서는 평균 종양 지름이 1.2cm를 초과하지 않아야 하며, 래트는 2.5cm를 초과하지 않아야 합니다. 치료 전임상 연구를 위해 사용할 경우, 각각 1.5cm와 2.8cm를 초과하지 않아야 합니다. 예를 들어, 각 동물의 대칭 측면에 두 개의 종양이 있는 경우, 종양 크기는 적절히 감소되어 단일 종양의 최대 부담을 초과하지 않아야 합니다. 유사한 제한은 다양한 종양이 발생할 수 있는 전유전자 동물이나, UV 방사선 또는 화학 발암제에 노출된 동물의 피부에서 시행되는 실험에도 적용되어야 합니다. 추천 종양 크기 한도를 초과하는 특별한 요구 사항이 있는 경우, 엄격한 과학적 평가를 거쳐야 합니다.
② 표면 종양의 크기를 레이저 캘리퍼스를 사용하여 측정하는 것은 간단하고 쉬운 방법입니다.
기술자가 숙련되어 연구 기간 동안 일관되게 측정할 수 있도록 하면 측정 편향을 최소화할 수 있습니다. 치료 반응은 종양 성장 속도의 변화, 재성장 지연, 세포 생존율(클론성 검사로 측정), 또는 적절한 대체 지표를 통해 측정할 수 있습니다. 연구 종료 시 종양을 제거하고 체중을 측정함으로써 추가적인 객관적 종점을 제공할 수 있으며, 종양 형태 변화 및 부피 또는 질량 평가에 따른 오류를 줄일 수 있습니다.
③ 사전 실험 및 대체 지표 관찰은 효과적인 보조 수단입니다.
내부의 원발성 종양, 전신성 림프계 종양 또는 전이성 질환의 종양 부담을 결정하는 것은 어렵습니다. 소수의 동물을 활용한 사전 실험은 종양 발달 속도 및 패턴을 파악하고, 임상 증상을 예측하며, 인도적 종점을 식별하는 데 중요합니다. 생체지표 또는 순환 종양 세포는 림프종 및 백혈병 부담 평가를 위한 대체 지표로 사용할 수 있으며, 실시간 영상 기술을 통해 이러한 대체 지표를 모니터링하는 것은 효과적인 보조 수단입니다. 우리는 적절한 생화학적 및 병리학적 지표, 엔지니어링된 보고 시스템 또는 영상 기술을 활용하여 질환 발생 시점을 식별해야 합니다. 지속적인 인도적 종점 분석은 동물의 일반적인 상태뿐 아니라 촉진 가능한 종양과 사지 약화 또는 마비와 같은 특정 증상도 기반으로 평가되어야 합니다.
그림 2. 전임상 종양 연구에서의 생체 내 영상 예시 [1]
3. 즉각적인 개입이 필요한 동물의 증상
일반적으로 아래에 제시된 임상 증상은 희귀하지만 심각한 부작용의 주요 지표입니다. 잘 설계된 실험 연구에서는 이러한 심각한 증상이 흔하지 않으며, 피해야 할 사항입니다. 이러한 심각한 증상이 발견되는 즉시 인도적 종점이 시행되어야 하며, 연구에 포함된 다른 동물들은 강화된 관찰이 필요합니다.
즉각적인 개입이 필요한 동물의 임상 증상:
❖ 24~48시간 동안 식사 또는 음수를 하지 않아 체중 감소 또는 탈수 상태.
❖ 사전 실험 전 성체 마우스 또는 동일 연령의 대조군 동물과 비교하여 72시간 내 지속적이거나 급속한 체중 감소 20% 또는 15%. 그러나 일부 종양의 경우 체중은 좋은 지표가 아니며, 근육 소모 또는 약화를 평가 지표로 사용할 수 있습니다. 체형 점수(Body Condition Score)는 근육 소모에 매우 유용한 지표입니다.
❖ 지속적인 저체온증.
❖ 어떤 자연구멍에서 피 또는 점액성 분비물이 발생.
❖ 호흡 곤란, 특히 콧물과/또는 청색증 동반.
❖ 림프절 또는 비장의 비대.
❖ 사지의 마비 또는 약화.
❖ 빈혈, 발이 창백하거나 혈액학적 지표 증상.
❖ 복부의 현저한 팽만 또는 복수 부담이 체중의 10% 이상이며, 동일 연령의 대조군 동물과 비교. 그러나 이 지표는 정확하게 측정하기 어렵고, 허리 둘레를 측정하는 것으로 대체할 수 있으며, 일반적으로 20%까지 증가 가능하며, 임신한 동물의 체형과 유사합니다.
❖ 48시간 이상 소변 실금 또는 설사.
❖ 이동을 방해하거나 비정상적인 울음소리, 동물 행동 또는 기능에 영향을 주는 종양.
또한 고체 종양의 경우, 궤양, 피부 위 조직 부종, 케크시아(심한 체중 감소)는 인도적 종점 평가에 포함되어야 합니다. 궤양은 표면 조직 괴사의 전형적인 병변으로, 건조하거나 화농성 또는 누출성일 수 있습니다. 피부 파열 또는 누출이 48시간 이상 지속되는 괴사도 인도적 종점으로 간주할 수 있습니다. 일부 종양은 민감한 부위에 성장하거나 괴사가 광범위하게 발생하여 동물에게 고통을 줄 수 있지만, 동물에 대한 객관적 기준이 부족할 수 있습니다. 이러한 경우의 고통을 더 잘 평가하고 가장 적절한 인도적 종점을 개발하는 데 도움이 되기 위해 추가적인 연구가 필요합니다.
결론:
인도적 종점은 연구 시작 전에 명확히 규정하고 동물 복지를 보호하기 위한 조치를 취해야 합니다. 특히 전유전자 라인의 경우, 특정 모델에서 종양 발달 정도를 파악하기 위한 사전 실험은 종양학 연구를 위한 완전히 정보 기반의 인도적 종점 전략을 수립하기 위해 필수적입니다. 실험 목적 달성 여부와 관계없이, 과학적 목적에 의해 요구되는 동물의 고통 수준을 초과했을 때, 또는 과학적 목적 달성(또는 불가능)되었을 때, 또는 실험 결과의 품질을 유지할 수 없을 때, 동물 복지는 인도적 종점을 통해 유지되어야 합니다.
참고 문헌:
[1]P Workman, E O Aboagye, F Balkwill, et al. 종양 연구에서 동물의 복지 및 사용을 위한 지침[J]. 영국 종양학 저널 (2010) 102, 1555 – 1577.
