3つのR（動物実験）

3Rとは、製品試験や科学研究において動物をより倫理的に使用するための指針となる原則です。1959年にWMSラッセルとRLバーチによって初めて説明されました。^[1] 3Rとは：

1. 代替： 研究における動物の使用を避ける方法
2. 削減: 研究者が信頼性が高く有用な情報を得るために必要な動物の数を最小限に抑えることができる方法の使用。
3. 改良: 潜在的な痛み、苦しみ、苦痛、または永続的な危害を軽減または最小限に抑え、使用される動物の福祉を向上させる方法の使用。

3R は、単に動物実験の代替を奨励するだけでなく、より広い範囲を対象としており、動物の使用が避けられない場合に動物福祉と科学的品質を向上させることを目的としています。多くの国では、これらの 3R は、動物の使用を規制する法律に明記されています。あいまいさを避け、3R の原則への言及を明確にするために、3 つの「R」原則のそれぞれの最初の文字を大文字で表記するのが一般的です (つまり、「replacement」ではなく「Replacement」)。

1954年、動物福祉大学連盟（UFAW）は、実験室における人道的技術の進歩に関する体系的な研究を後援することを決定した。^[2]その年の10月、心理学者で古典学者でもある優秀な若手動物学者と評されたウィリアム・ラッセルと、微生物学者のレックス・バーチが、倫理的側面における実験技術の体系的な研究を開始するために任命された。1956年、彼らは連盟の委員会に一般報告書を作成し、この報告書は1958年初頭に完成した本の核となった。その期間の大半、彼らはピーター・メダワー教授が委員長を務める特別諮問委員会で作業を行った。

『種の起源』の出版100周年を記念して、各章の冒頭にある引用文はすべてチャールズ・ダーウィンの著作から引用されています。

3Rは代替のみを指すという誤解がよくありますが、^{[3]その範囲ははるかに広いです。さらに、3Rは実験動物モデルの研究のために設計されましたが、}家畜^{[4] [5]}や野生生物保護研究でもその実施が奨励されています。^{[6] [7]}

置き換え: 原著では、3R は恣意的に脊椎動物に限定されていた。ラッセルとバーチは、感覚に関連して苦痛の可能性について論じた。彼らは、感覚のない材料を使用して意識のある生きた脊椎動物を使用する方法に代わる科学的方法に対して、「置き換え技術」という用語を使用した。^[1]この感覚のない材料には、高等植物、微生物、および退化した神経 系と感覚系を持つより退化した後生動物の内部寄生生物が含まれると彼らは主張した。彼らは、無脊椎動物を恣意的に除外したことは、いくつかの状況において、これらの種が脊椎動物の代替として考えられる可能性があることを意味していることを認め、これを「比較代替」と名付けた。ラッセルとバーチは、置き換えのレベルについても検討した。「相対的置き換え」では、実験中、動物はおそらくまたは確実に、まったく苦痛にさらされないが、それでも動物は必要である。「絶対的置き換え」では、どの段階でも動物はまったく必要ではない。

交換戦略には以下が含まれます。

1. 組織培養
2. 灌流臓器
3. 組織切片
4. 細胞分画
5. 細胞内分画

置換原則の最近の解釈では、同じ科学的目的を達成できる場合は常に、動物を用いる方法よりも非動物を用いる方法の方が好ましいと示唆されており、無脊椎動物は脊椎動物の適切な代替物とは見なされていない。しかし、国立研究動物の置換、改良、削減センター（NC3Rs）などの他の団体は、置換研究において一部の無脊椎動物の使用を提唱している。 ^[8]したがって、「置換」という用語は、「相対的置換」のように、知覚力が低いと考えられる種の使用を指す場合がある。 ^[9]

60年前に執筆したラッセルとバーチは、今日登場している技術のいくつかを予測することはできなかったでしょう。これらの技術の1つである3D細胞培養は、オルガノイドまたはミニ臓器とし​​ても知られ、いくつかの種類の研究で動物モデルに取って代わりました。近年、科学者は病気のモデル化や新薬の試験に使用できるオルガノイドを作製しました。オルガノイドは、体外のスキャフォールド（マトリゲルなどの生物学的または合成ハイドロゲル）上または培養培地内で成長します。^[10]オルガノイドは、胚性多能性幹細胞（ESC）、成体体性幹細胞（ASC）、および人工多能性幹細胞（iPSC）の3種類のヒトまたは動物の幹細胞から生成されます。これらのオルガノイドは体外で成長し、脳、肝臓、肺、腎臓、腸などのさまざまな臓器の構造と機能を模倣します。オルガノイドは感染症の研究のために開発されました。ジョンズ・ホプキンス大学の科学者らは、COVID-19が脳に及ぼす影響をモデル化するためにミニ脳オルガノイドを開発した。 ^[11] 研究者らは脳オルガノイドを使用して、ジカウイルスが胎児の脳の発達を阻害する仕組みをモデル化した。腫瘍ロイド（ヒト患者から採取した細胞から得た3D細胞培養物）は、さまざまな臓器の腫瘍のゲノミクスと薬剤耐性の研究に使用できる。オルガノイドは、嚢胞性線維症などの遺伝性疾患、^[12]アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患、MERS-CoVやノロウイルスなどの感染症、トキソプラズマ原虫などの寄生虫感染症のモデル化にも使用されている。^[10]ヒトおよび動物細胞由来のオルガノイドは、薬理学および毒物学の研究でも広く使用されている。^{[13] [14]}

削減: 削減とは、研究ごとに使用される動物の数を最小限に抑える方法を指します。^[8] ラッセルとバーチは、使用される動物の数の削減はいくつかの方法で達成できると示唆しました。大幅な削減を実現する一般的な方法の 1 つは、研究全体の計画と実行において戦略を正しく選択することです。2 つ目の方法は、研究で使用される動物間のばらつきを制御することであり、3 つ目の方法は、研究を慎重に設計および分析することです。最初の 3R 以降、コンピューターの出現、開発、利用可能性により、大規模なデータセットを統計分析に使用できるようになり、使用される動物の数を減らすことができます。場合によっては、以前に発表された研究を使用することで、不必要な複製を避け、動物の使用を完全に回避できます。最新の画像技術と新しい統計分析方法を組み合わせることで、たとえば、動物 1 匹あたりの情報量を増やすことで、使用される動物の数を削減することもできます。^{[15] [16]}

改良: ラッセルとバーチは次のように書いています。「ある特定の目的のために、代替技術を使用できないと仮定します。理論と実践のあらゆる手段を使って、使用しなければならない動物の数を最小限に抑えることに同意したと仮定します。この時点で改良が始まり、その目的は、まだ使用されている動物に課せられる苦痛を絶対的に最小限に抑えることです。」^[1]改良できる実験領域には、使用する手順、種の適切さ (手順への適合性、一般的な実験室環境への反応) などがあります。

改良技術には以下のものが含まれる: ^[17]

1. 非侵襲的技術
2. 痛みを和らげるための適切な麻酔と鎮痛法
3. 動物が自発的に手順（例えば、採血）に協力するように訓練することで、手順に対する制御力が向上し、苦痛が軽減されます。
4. 動物の身体的および行動的ニーズを満たす、種に適した住居と環境エンリッチメントの提供（例：げっ歯類の巣作りの機会の提供）

改良の定義は、ラッセルとバーチが提示したものから発展した。現在では、より新しい定義が広く受け入れられている。「対象となる動物の生涯を通じて経験する、実際または潜在的な痛み、苦痛、その他の悪影響を回避または最小限に抑え、動物の福祉を向上させるあらゆるアプローチ」^[18]改良には、動物の使用に関連する直接的な危害だけでなく、繁殖、輸送、住居、畜産に関連する間接的または偶発的な危害も含まれる。

3Rの考え方は、改善、削減、代替という3つのアプローチの理解と実施において「曖昧さ」と緊張があると批判する人もいます。^[19]これは、利害関係者（動物実験者、機関関係者、政策立案者、活動家、一般市民など）によって3Rの解釈が異なる場合があることが一因です。^{[19] [20]} 3Rの原則は、研究で動物を使用することの倫理など、いくつかの問題には対処しておらず、代わりに使用される動物の人道的な使用を改善することに重点を置いています。^[19]

3Rの推進によって実験に使用される動物の数を減らすことができなかったと指摘する人もいる。^{[21] [22]}しかし、これは「削減」の定義を誤解した結果である可能性があり、使用される動物の数の絶対的な削減ではなく、研究ごとに使用される動物の数の削減を意味します。その性質上、置き換えや削減技術の結果として科学的手順で使用されなくなった動物の数を推定することは困難ですが、医学研究の急速な増加にもかかわらず、動物の数は同じ割合で増加していません。^[23]

研究者らは、マウスを用いた長期的痛み実験に関する数十の論文をレビューした結果、「3R 」への言及が全くなく、「3Rの原則である代替、削減、改善が研究者や機関によって適切に実施されているかどうかについて深刻な疑問が生じている」と結論付けた。研究者らは次のように続けている。^[24]

3R または 3R の構成要素である置き換え、削減、または精製が、いずれの研究でも言及されていないということは、マウスの長期疼痛の研究者が 3R の枠組みを認識していないか、または無関心である可能性があり、この側面は科学雑誌の原稿の査読プロセスでは関連性がないと見なされていることを示唆しています...この論文の研究数の割合が増加していることは、ガイドラインや動物使用委員会の要件を順守しても、削減または置き換えの観点から大きな進歩にはつながらないことを示唆しています。

出版された雑誌論文の実験設計の質のレビュー^[25]に続いて、 3Rの使用を含め、これらの原則の使用と報告は散発的であることが判明しました。その結果、ARRIVE（動物研究：生体内実験の報告）ガイドラインが開発され^[26]、2010年に出版されました。ARRIVEガイドラインは、サンプルサイズの計算、採用された環境エンリッチメントの明確な説明、研究中に行われた福祉関連の評価など、科学研究で動物を使用した出版物で報告する必要がある20項目の項目リストを示しています。現在、多くの雑誌が著者に原稿の準備にARRIVEガイドラインに準拠することを求めています。^[27] 2014年に出版されたフォローアップレビュー^{[28]では、}適切な統計手法の報告やバイアスの回避など、いくつかの要素の報告レベルが依然として低いことがわかりました。

最近3Rの研修を受けたポルトガルの科学者を対象とした調査で、研究者らは「10年以上動物モデルを扱ってきた研究者でさえ、驚くほど多くの研究者が3Rの原則を知らなかった」こと、またその後の3Rの研修によって「研究における動物の使用の現在および将来の必要性に関する認識は変わらなかった」が、3Rの適用に関する知識は増加したことを突き止めた^[29]。著者らは、彼らが提供した研修は「動物の使用に代わる代替手段を研究者が受け入れることにほとんど影響を与えなかったようだ」ことを突き止めた^{[29] 。}

3R の実施や、研究で動物を使用しない方法を推進する組織は数多くあります。最も古い組織は、1969 年に設立された英国の FRAME (医学実験における動物代替基金) です。ZEBET (代替動物実験および動物実験方法の実践と評価の中央機関) は、科学的根拠に基づいて動物実験を削減することを任務とする最初の政府機関として、1989 年にドイツで設立されました。英国内務省は、3Rの適用を改善し、代替手段の研究を促進し、データの共有を改善することで毒性試験の必要性を減らし、代替手段の検証と受け入れを奨励することを目指した削減、改良、代替手段に関する省庁間グループを主導した。グループは、3Rの研究としてすでに行われていることをより広く知らせ、調整するための手段として機能する機関への支持があると大臣たちに報告した。2004年5月、英国で3R研究の中心的役割を果たすNC3Rsが発表された。 ^[30] 3Rの原則は、動物（科学的手順）法（1986年）の下で英国法に暗黙的に規定されていたが、欧州連合内での動物の使用を規定する指令2010/63/EU ^[31]では原則が明示されており、研究者は動物が関与する研究において代替手段、削減、改良技術の使用を実証しなければならない。この指令は、科学における動物実験の代替に向けた進歩を促進するために新たなレベルの透明性を導入し、3Rの具体的な適用を加速し、欧州全域で原則に基づく普及、教育、研究を専門とする機関やセンターを設立するのに役立った。現在までに、オーストリア、ベルギー、デンマーク、ドイツ、アイルランド、イタリア、ルクセンブルク、オランダ、ノルウェー、スペイン、スウェーデン、スイスにそのようなセンターがある。^[32]

• ベイトソンの立方体

• WMS ラッセルと RL バーチ、「人道的実験技術の原則」（1959 年）、無料デジタル版、ジョンズ ホプキンス大学動物実験代替法センター（CAAT）
• 3R 代替案: 技術とアプローチ、動物福祉情報センター、国立農業図書館 (USDA)