实验动物伦理管理中3R原则是指动物实验应本着减少(reduction)、替代(replacement)和优化(refinement)的原则,日益引起生物科技人员的重视。替代实验动物研究应运而生。传统上沿用国际经济合作与发展组织(Organisation for Economic Co-operation and Development,OECD)推荐的化学物质毒理学实验原则进行动物实验,实验动物替代实验不断增加修订。实验动物替代的方法主要是用低等动物代替高等动物,用组织细胞或计算机模拟等新兴方法代替实验动物。随着生物材料,基因编辑和微型生理系统新兴技术的发展,推动了脏器芯片(organ-on-a-chip)和微器官培养(organoid cultures)等3D培养技术在实验动物替代中的应用。脏器芯片是用微流控装置再现器官结构与功能。目前脏器芯片只是器官生理学上的简化结构,在药理学实验不能模拟药物在不同组织和器官之间相互作用。微器官是一种体外培养的3D器官胚,在结构和功能上更接近器官,但是在培养的过程中干细胞定向分化及分化步骤不完全清楚,会出现高度异质性,导致应用困难。但与传统方法相比,这些新兴方法仍具有很大优势和发展潜力。替代动物实验不仅可以用于毒理实验,还可以应用于病理学和建立疾病模型。由于技术的限制,新的实验替代技术还面临许多瓶颈问题,如无法清晰的评估基因和蛋白的表达、完整组织中蛋白的空间结构等。我国正处于实验动物替代的起步阶段,发展的潜力和空间十分巨大。