應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)指導(dǎo)實驗動物管理模式建立的應(yīng)用研究

李昀澤 陳 紅

(1.江蘇省中醫(yī)院 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)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(chǔ)和重要支撐條件，其應(yīng)用幾乎涉及到醫(yī)藥科學(xué)的各個研究領(lǐng)域[1-2]。據(jù)報道，1901—2010年67.5%的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)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(yī)院基礎(chǔ)藥理室主要從事中藥復(fù)方制劑、新藥臨床前藥理研究及醫(yī)院承擔(dān)的國家級、省部級藥理學(xué)相關(guān)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(shù)據(jù)和結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時直接關(guān)系到工作人員的健康安全和環(huán)境安全[5-7]。

區(qū)塊鏈?zhǔn)墙陙沓霈F(xiàn)的新技術(shù)，由一個共享的，容錯的分布式數(shù)據(jù)庫和多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)組成。它是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應(yīng)用模式，是多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組合來解決一個核心問題的新算法。它的本質(zhì)是作為一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，是一串使用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)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(qū)塊[8]。本文討論擬在連云港市食品藥品檢驗檢測中心應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，提升實驗動物管理水平，更新實驗動物管理模式，并根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的特性，設(shè)計方案，評價應(yīng)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(yè)知識要求較高，其涉及的應(yīng)用領(lǐng)域和監(jiān)管環(huán)節(jié)也較廣泛，在實驗動物管理中，專業(yè)型管理人才相對較為缺乏，嚴(yán)重制約了實驗動物管理水平和質(zhì)量。我國實驗動物行業(yè)起步較晚，實驗動物設(shè)施投入相對有限，監(jiān)管和法制宣傳不足，造成實驗動物管理中設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)無法得到統(tǒng)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(yán)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(nèi)容。

實驗動物科學(xué)作為藥品檢驗檢測工作發(fā)展的基礎(chǔ)和支撐條件是提升藥品檢驗檢測領(lǐng)域創(chuàng)新能力的關(guān)鍵因素之一[9]，同時在醫(yī)學(xué)實驗中，實驗動物也常用來復(fù)制多種人類疾病，如江蘇省中醫(yī)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(dāng)，極易引發(fā)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(jīng)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(huán)節(jié)，以上現(xiàn)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(shù)改進管理模式，才能避免出現(xiàn)安全隱患。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)的源流和理論基礎(chǔ)

區(qū)塊鏈概念較早出現(xiàn)在中本聰?shù)陌灼校?015年，《經(jīng)濟學(xué)人》刊發(fā)了一篇題為《區(qū)塊鏈的承諾：信任機器》的封面文章[11]，認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)是創(chuàng)造信任的技術(shù)，擁有改變?nèi)藗冎g合作模式以及商業(yè)合作模式的巨大影響力。有研究[12]提出，區(qū)塊鏈技術(shù)是一種去中心化的數(shù)據(jù)庫，兼具公開性和透明性特征。中國工業(yè)和信息化部在其白皮書中提出，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N基于計算機分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、加密算法、共識機制等技術(shù)的新型應(yīng)用范式[13]。

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種以現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代密碼學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，集合分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等的應(yīng)用模式[14-15]。區(qū)塊鏈技術(shù)也為即將到來的元宇宙奠定堅實的基礎(chǔ)。

3 區(qū)塊鏈特色技術(shù)

3.1 分布式文本技術(shù)

管理文本由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成，且每個節(jié)點記錄的都是完整文本，均可用于監(jiān)督實驗動物管理的合法性和有效性。運用區(qū)塊鏈技術(shù)的“免信任”特性，能讓實驗動物管理機構(gòu)創(chuàng)建全民認(rèn)同的智能身份認(rèn)證系統(tǒng)。例如，連云港市食品藥品檢驗檢測中心通過開發(fā)利用區(qū)塊鏈記錄實驗動物的購買、飼養(yǎng)、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(biāo)簽；無論是管理檢查，或是科研設(shè)計，只需要提供條碼，就可以借助區(qū)塊鏈技術(shù)完成信息的認(rèn)證。同時，實驗動物處理也可以使用區(qū)塊鏈技術(shù)，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(xiàn)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(zhí)行流程出現(xiàn)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(jié)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(quán)技術(shù)

存儲在區(qū)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(shù)據(jù)擁有者授權(quán)的情況下方可訪問，能夠保證數(shù)據(jù)安全與個人隱私?？梢越o管理者設(shè)置身份信息，加密安全的情況下隨時隨地調(diào)取數(shù)據(jù)。實驗人員具有免信任特性的檔案身份認(rèn)證系統(tǒng)作為智能“身份證”，讓每個實驗人員的區(qū)塊鏈身份證顯示姓名、照片、在線頭像、聯(lián)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(chuàng)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(qū)塊鏈的獨特標(biāo)記。同時，在發(fā)出實驗報告時，區(qū)塊鏈的非對稱加密術(shù)，也可以維護報告的權(quán)威性和知識產(chǎn)權(quán)，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(jié)點通過何種方式達成共識并認(rèn)定一個處理去向的有效性，這既是認(rèn)定的手段，也是防止篡改的手段。運用區(qū)塊鏈技術(shù)的“時間戳”特性，能夠生成一定時間段的信息區(qū)塊和區(qū)塊之間首尾相連的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，又可讓每個參與者在生成信息區(qū)塊時都能自動加蓋“時間戳”，以利有效證明歸檔信息的原創(chuàng)性和所有權(quán)歸屬。區(qū)塊鏈技術(shù)的時間戳特性，能夠有效地解決檔案信息防偽與數(shù)據(jù)追蹤難題。通過考察可以發(fā)現(xiàn)，借助區(qū)塊鏈系統(tǒng)開源的程序、開放的規(guī)則和高參與度、高透明度等技術(shù)優(yōu)勢，不僅能讓區(qū)塊鏈檔案數(shù)據(jù)記錄和運行規(guī)則進行全網(wǎng)節(jié)點審查與追溯，而且用戶信息與操作記錄一旦被確認(rèn)后便不受任何人為干預(yù)，若想篡改區(qū)塊鏈上的檔案數(shù)據(jù)，成本將高到無法接受。例如，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，記錄每一次動物實驗操作，使科研工作流程和科研數(shù)據(jù)等可溯源。因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的檔案信息數(shù)據(jù)具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。如果在實驗動物處理不完善后出現(xiàn)了社會問題，政府的監(jiān)管將會變得非常容易，因為數(shù)據(jù)無法更改，也就更能明確責(zé)任人。

3.4 智能合約

基于這些可信的、不可篡改的數(shù)據(jù)，可以自動化地執(zhí)行一些預(yù)先設(shè)定好的規(guī)則和條款。通過考察可以發(fā)現(xiàn)，借助區(qū)塊鏈技術(shù)的智能合約功能，能夠自動執(zhí)行合約條款的計算機程序，特別是區(qū)塊鏈可為智能合約提供可信執(zhí)行環(huán)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(yù)付成本，且各項流程都被“程序化”和“數(shù)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(yōu)質(zhì)的服務(wù)?！爸悄芎霞s”一旦啟動即會自動執(zhí)行，可為科研申請者及科研機構(gòu)自動完成簽約執(zhí)行工作，既無需雙方任何一方的干預(yù)，也不用完全依賴雙方對彼此的信任。若出現(xiàn)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(guī)避違約方造成的損失，按照之前設(shè)定好的規(guī)則自動執(zhí)行。這一技術(shù)優(yōu)勢，大大消除了因不履行合約而產(chǎn)生沖突的可能。

4 討論

新冠肺炎疫情的冠狀病毒發(fā)生，將人們的視覺轉(zhuǎn)移到了野生動物或?qū)嶒瀯游锏纳砩?。實驗動物是指?jīng)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(xué)的發(fā)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(xué)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(yīng)用到人類身上，可以說實驗動物們?yōu)槿祟惖挠盟幇踩鹨坏婪雷o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(dāng)前，全球正在興起新科技革命和產(chǎn)業(yè)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(guān)村產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新工程，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的跨界融合正在改變各行業(yè)發(fā)展形態(tài)和全球竟?fàn)幐窬?，將物體屬性納入到互聯(lián)網(wǎng)信息共享中[17-18]，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，打造“智慧實驗動物中心”，是實驗動物中心平臺生態(tài)化發(fā)展的必由之路。使用區(qū)塊鏈技術(shù)管理對于實驗動物信息的標(biāo)準(zhǔn)性、保密性、數(shù)據(jù)的及時性、操作的靈活性，比傳統(tǒng)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(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。目前實驗動物的管理還是傳統(tǒng)的方法，筆者探討以區(qū)塊鏈技術(shù)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(yīng)用后，將實驗動物質(zhì)量合格證、品系、購入單位、飼料質(zhì)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(zhì)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?yún)^(qū)塊鏈管理模式，建立“互聯(lián)網(wǎng)+”工程，為實驗動物生產(chǎn)環(huán)節(jié)與使用環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。提高傳統(tǒng)管理模式的效能，實現(xiàn)創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟效益和社會效益，優(yōu)化實驗動物的學(xué)科優(yōu)勢，提高實驗動物中心社會中的地位與作用，充分發(fā)揮實驗動物的公共服務(wù)職能。

經(jīng)過文獻分析及初步實踐可以發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于區(qū)塊鏈應(yīng)用的研究大多集中在技術(shù)應(yīng)用層面和經(jīng)濟社會等領(lǐng)域的宏觀效應(yīng)層面，包括數(shù)字貨幣、智能合約、信任機制，或政府治理、社會公共服務(wù)、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(chuàng)才能共贏。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維下，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，實現(xiàn)實驗動物資源整合、數(shù)據(jù)利用、成果分享，也將使藥品檢驗檢測中心的研究開發(fā)、科研轉(zhuǎn)化更加簡便。