3R原則在動物實驗中被廣泛應用，它代表「Replacement（替代）」、「Reduction（減量）」和「Refinement（精緻化）」。
此原則最早於1959年由英國生物學家Russell和Burch於《人道實驗技術之原則The Principles of Humane Experimental Technique》所提出，之後此原則就在國際中普遍被作為實驗動物福利的立法準則。
動物實驗的「替代」聽起來有點抽象，我們將目前現有的「替代方案」分為兩種方法讓大眾理解：1. 非動物性替代方法，以及 2. 動物性替代方法。
【非動物性替代方法】
1. 數學或電腦模型模擬
數學或電腦模型可以模擬真實有機體或是系統的運作，而通過演算法，也能夠模擬當有機體受到其他因素的干預會如何變化。
例如：透過電腦模擬心臟的功能，並且比較不同藥物對健康心臟和缺血心臟的影響。
不過，若為了增強實驗結果的可靠性，電腦模型的預測最終仍可能需要來自活體實驗的數據。
另外，過去用於教學的實驗室解剖，現在也能透過電腦的虛擬解剖，探索解器官的結構以及功能。
虛擬模型連結
http://www.sniffythevirtualrat.com/
2. 細菌、酵母
雖然細菌和酵母缺乏哺乳動物的生物複雜性，但它們已經能夠作為動物實驗的替代品並研究細胞、基因、DNA與毒性研究，並了解哪些物質具有導致質基因突變或是潛在毒性的可能。
細胞研究有生長快速、培養條件簡單的優勢，雖然細菌和酵母缺乏哺乳動物的生物複雜性，但它們已經能夠作為動物實驗的替代品並研究細胞、基因、DNA與毒性研究，以了解哪些物質具有導致質基因突變或是潛在毒性的可能。
3. 實體模型(解剖替代)
和上述的虛擬解剖相同，這些實體模型可以用於手術的培訓，甚至在模型上進行不同類型的開刀手術而這樣的方式已不僅是一種替代（Replacement），而且也是確保動物實驗精緻化（Refinement）的保障，因為它確保受訓者（如：獸醫）在開始研究動物之前已經透過模型先熟悉了動物的身體，再開始執行其他手術或實驗。
實體模型連結http://www.microdev.nl/index.php/products/md-pvc-rat
【動物性替代方法】
1. 使用生物組織
生物組織可以透過提取人類或動物細胞進行組織培養後獲得，也可以從自願捐贈器官的死者獲得。
另外，人體組織 (幹細胞) 也可以被用於建立3D器官模型，如：肺部、呼吸器官、腸道、心臟 。透過3D培養的呼吸道可以用於研究病毒如何感染肺部的纖毛細胞。
2. 較低階無脊椎動物（lower invertebrates）
有些無脊椎動物物種例如：果蠅，已可被用於阿茲海默症的研究以及和其他神經退化的疾病。
3. 尚未成熟的脊椎動物
尚未成熟的脊椎動物例如：雞的胚胎，可被作為研究感染以及病原體的替代對象。
4. 使用動物組織（進行體外研究）
從人道屠宰廠提供而來的動物組織，例如：來自屠宰場的牛的眼角膜。
以牛的眼角膜替代使用活體兔子的殘忍德萊茲眼角膜測試（Draize test）。
為了在推動「替代」的過程中能兼顧「動物福祉」與「試驗品質」，世界上已有超過20個國家成立「替代方法驗證中心」或「3R中心」（包括歐盟、美國、英國、日本、韓國、巴西等）。
而台灣於2019年也開始了「建構生醫動物替代體系及開發關鍵技術」的四年計畫，逐步建立替代實驗體系。
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