應用區塊鏈技術指導實驗動物管理模式建立的應用研究

李昀澤 陳 紅

(1.江蘇省中醫院 南京中醫藥大學附屬醫院，南京 210029)(2.連云港市食品藥品檢驗檢測中心，連云港 222000)

實驗動物是藥品檢驗檢測工作的基礎和重要支撐條件，其應用幾乎涉及到醫藥科學的各個研究領域[1-2]。據報道，1901—2010年67.5%的諾貝爾生理學或醫學獎的獲獎成果是通過實驗動物或動物實驗獲得的[3-4]。因此，實驗動物管理工作具有十分重要的意義。連云港市食品藥品檢驗檢測中心的藥品檢驗檢測中，50%以上的研究需要使用實驗動物或者進行動物實驗；江蘇省中醫院基礎藥理室主要從事中藥復方制劑、新藥臨床前藥理研究及醫院承擔的國家級、省部級藥理學相關研究工作，近5年完成動物實驗近200項。實驗動物管理水平不僅直接影響科研數據和結果的準確性，同時直接關系到工作人員的健康安全和環境安全[5-7]。

區塊鏈是近年來出現的新技術，由一個共享的，容錯的分布式數據庫和多節點網絡組成。它是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式，是多種網絡技術組合來解決一個核心問題的新算法。它的本質是作為一個去中心化的數據庫，是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一批次的信息，用于驗證其信息的有效性和生成下一個區塊[8]。本文討論擬在連云港市食品藥品檢驗檢測中心應用區塊鏈技術，提升實驗動物管理水平，更新實驗動物管理模式，并根據區塊鏈技術的特性，設計方案，評價應用后的實際效果。

1 目前實驗動物管理工作中存在的短板

實驗動物工作不僅對專業知識要求較高，其涉及的應用領域和監管環節也較廣泛，在實驗動物管理中，專業型管理人才相對較為缺乏，嚴重制約了實驗動物管理水平和質量。我國實驗動物行業起步較晚，實驗動物設施投入相對有限，監管和法制宣傳不足，造成實驗動物管理中設施標準無法得到統一。另外，部分實驗動物的購買、檢疫、處置等較為隨意。這些問題帶來嚴峻的生物安全隱患，這也是實驗動物管理工作需要持之以恒常抓不懈的基本內容。

實驗動物科學作為藥品檢驗檢測工作發展的基礎和支撐條件是提升藥品檢驗檢測領域創新能力的關鍵因素之一[9]，同時在醫學實驗中，實驗動物也常用來復制多種人類疾病，如江蘇省中醫院腦病中心常使用的阿爾茨海默病模型及缺血性腦血管病模型等，甚至是感染或者傳染性病原體實驗，如猴痘模型及禽流感模型等，廢棄的實驗動物或者實驗器具可能帶有大量致病菌或病毒，若處置不當，極易引發生物安全事故[10]。在一些實驗動物生物安全檢查中，部分實驗動物尸體被隨意丟棄或進入市場，同時存在部分動物實驗器具未經消毒帶入動物房，實驗廢棄物隨意放置等問題。對實驗動物尸體及廢棄物的管理仍是實驗動物管理工作的薄弱環節，以上現狀也說明了，目前的實驗動物管理模式存在漏洞，必須引入新的技術改進管理模式，才能避免出現安全隱患。

2 區塊鏈技術的源流和理論基礎

區塊鏈概念較早出現在中本聰的白皮書中，2015年，《經濟學人》刊發了一篇題為《區塊鏈的承諾：信任機器》的封面文章[11]，認為區塊鏈技術是創造信任的技術，擁有改變人們之間合作模式以及商業合作模式的巨大影響力。有研究[12]提出，區塊鏈技術是一種去中心化的數據庫，兼具公開性和透明性特征。中國工業和信息化部在其白皮書中提出，區塊鏈是一種基于計算機分布式數據存儲、點對點傳輸、加密算法、共識機制等技術的新型應用范式[13]。

區塊鏈本質上是一種以現代數據庫技術、互聯網技術、現代密碼學技術為基礎，集合分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等的應用模式[14-15]。區塊鏈技術也為即將到來的元宇宙奠定堅實的基礎。

3 區塊鏈特色技術

3.1 分布式文本技術

管理文本由分布在不同地方的多個節點共同完成，且每個節點記錄的都是完整文本，均可用于監督實驗動物管理的合法性和有效性。運用區塊鏈技術的“免信任”特性，能讓實驗動物管理機構創建全民認同的智能身份認證系統。例如，連云港市食品藥品檢驗檢測中心通過開發利用區塊鏈記錄實驗動物的購買、飼養、使用、退出的完整情況，生成智能條碼，在每個動物的身上放置標簽；無論是管理檢查，或是科研設計，只需要提供條碼，就可以借助區塊鏈技術完成信息的認證。同時，實驗動物處理也可以使用區塊鏈技術，智能條碼可以最終記錄該實驗動物被處理地點以及處理人等信息；如出現實驗動物尸體被隨意丟棄、實驗廢棄物隨意放置等問題，便會因執行流程出現缺漏，而做到實時提醒操作者及管理者。不僅能為上級管理部門節省寶貴的人力物力，也可以讓科研成果更加值得信任。

3.2 非對稱加密和授權技術

存儲在區塊鏈上的文本信息都是公開的，但身份信息是高度加密的，只有在數據擁有者授權的情況下方可訪問，能夠保證數據安全與個人隱私。可以給管理者設置身份信息，加密安全的情況下隨時隨地調取數據。實驗人員具有免信任特性的檔案身份認證系統作為智能“身份證”，讓每個實驗人員的區塊鏈身份證顯示姓名、照片、在線頭像、聯系方式等，同時可讓身份證嵌入一個不可更改的密鑰，其中包括創建日期、密鑰 ID、簽名欄、專屬二維碼、交易編號和哈希算法證明等區塊鏈的獨特標記。同時，在發出實驗報告時，區塊鏈的非對稱加密術，也可以維護報告的權威性和知識產權，還能有效地增強私密檔案信息的安全性，全國推廣后可作為科研成果的有力背景資料。

3.3 共識機制

實驗動物處理節點通過何種方式達成共識并認定一個處理去向的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。運用區塊鏈技術的“時間戳”特性，能夠生成一定時間段的信息區塊和區塊之間首尾相連的數據鏈。它既能形成可追本溯源、可遂筆驗證、不可篡改、不可偽造的檔案信息數據，又可讓每個參與者在生成信息區塊時都能自動加蓋“時間戳”，以利有效證明歸檔信息的原創性和所有權歸屬。區塊鏈技術的時間戳特性，能夠有效地解決檔案信息防偽與數據追蹤難題。通過考察可以發現，借助區塊鏈系統開源的程序、開放的規則和高參與度、高透明度等技術優勢，不僅能讓區塊鏈檔案數據記錄和運行規則進行全網節點審查與追溯，而且用戶信息與操作記錄一旦被確認后便不受任何人為干預，若想篡改區塊鏈上的檔案數據，成本將高到無法接受。例如，利用區塊鏈技術，記錄每一次動物實驗操作，使科研工作流程和科研數據等可溯源。因此，區塊鏈系統中的檔案信息數據具有極高的穩定性和可靠性。如果在實驗動物處理不完善后出現了社會問題，政府的監管將會變得非常容易，因為數據無法更改，也就更能明確責任人。

3.4 智能合約

基于這些可信的、不可篡改的數據，可以自動化地執行一些預先設定好的規則和條款。通過考察可以發現，借助區塊鏈技術的智能合約功能，能夠自動執行合約條款的計算機程序，特別是區塊鏈可為智能合約提供可信執行環境。它可改變原有的辦事流程，無需事前審查、簽訂委托書和支付預付成本，且各項流程都被“程序化”和“數字化”，申請動物實驗的用戶可以智能提交，迅速審批，享受到更加及時、優質的服務。“智能合約”一旦啟動即會自動執行，可為科研申請者及科研機構自動完成簽約執行工作，既無需雙方任何一方的干預，也不用完全依賴雙方對彼此的信任。若出現違約，如實驗動物處理部門的疏漏，或因違約，拒絕處理實驗動物，“智能合約”能夠確保另一方規避違約方造成的損失，按照之前設定好的規則自動執行。這一技術優勢，大大消除了因不履行合約而產生沖突的可能。

4 討論

新冠肺炎疫情的冠狀病毒發生，將人們的視覺轉移到了野生動物或實驗動物的身上。實驗動物是指經人工飼育，對其攜帶的微生物實行控制，遺傳背景明確或者來源清楚的動物，從古至今，科學的發展和實驗動物的貢獻密不可分。由于動物和人類的基因相似度較高，科學家們前期通常會用動物來作為實驗對象，為人類探索生命的奧秘，攻克癌癥的堡壘，研究各種疾病與衰老的機制，也有進行危害性生物因子科研活動所必需的感染性動物實驗，如研發埃博拉病毒疫苗、甲、乙肝疫苗、新冠病毒疫苗、流感疫苗的實驗室；研究人員可以觀察藥物對實驗動物的影響，發現藥物的毒副作用，包括致癌、致畸、致毒、致突變等。在安全的情況下再應用到人類身上，可以說實驗動物們為人類的用藥安全筑起一道防護墻，被譽為“活的試劑”“最精密的儀器”。動物實驗在許多研究中仍然無可替代。

當前，全球正在興起新科技革命和產業變革[16]，中國2015年政府工作報告確定行動計劃，2月也啟動了十大中關村產業創新工程，網絡技術的跨界融合正在改變各行業發展形態和全球竟爭格局，將物體屬性納入到互聯網信息共享中[17-18]，利用區塊鏈技術，打造“智慧實驗動物中心”，是實驗動物中心平臺生態化發展的必由之路。使用區塊鏈技術管理對于實驗動物信息的標準性、保密性、數據的及時性、操作的靈活性，比傳統管理得到了很大的提高。

實驗動物管理模式是實驗動物行業發展的風向標。目前實驗動物的管理還是傳統的方法，筆者探討以區塊鏈技術更新實驗動物管理模式，進一步提高實驗動物管理水平，同時初步應用后，將實驗動物質量合格證、品系、購入單位、飼料質量合格證、墊料、實驗動物廢棄物處理、籠器具，以及實驗人員上崗證、許可證、有資質提供實驗動物及飼料管理的公司、實驗動物福利倫理審查管理、動物實驗管理等納入區塊鏈管理模式，建立“互聯網+”工程，為實驗動物生產環節與使用環節中的數據統計和提供精準的數據支撐。提高傳統管理模式的效能，實現創造出更好的經濟效益和社會效益，優化實驗動物的學科優勢，提高實驗動物中心社會中的地位與作用，充分發揮實驗動物的公共服務職能。

經過文獻分析及初步實踐可以發現，目前關于區塊鏈應用的研究大多集中在技術應用層面和經濟社會等領域的宏觀效應層面，包括數字貨幣、智能合約、信任機制，或政府治理、社會公共服務、文化出版等[19-21]，以及目前熱門的元宇宙打造。共享才能共進，共創才能共贏。在“互聯網+”的思維下，利用區塊鏈技術，實現實驗動物資源整合、數據利用、成果分享，也將使藥品檢驗檢測中心的研究開發、科研轉化更加簡便。