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顯微成像·洞察微觀之美
Microscopic imaging, insight into the beauty of micro
“類器官”技術(shù)的崛起，是對(duì)動(dòng)物模型的一種傾軋嗎？
發(fā)布時(shí)間：2025-12-18
訪問(wèn)量：881
類器官崛起：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的終結(jié)者還是補(bǔ)充者？
2025年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）正式宣布一項(xiàng)顛覆性政策：從本財(cái)年開(kāi)始，不再資助僅依賴動(dòng)物模型的臨床前研究。
幾乎同時(shí)，F(xiàn)DA聯(lián)合歐盟委員會(huì)發(fā)布路線圖，計(jì)劃在2026年制定逐步淘汰化學(xué)品評(píng)估中動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的具體方案。而這場(chǎng)變革的核心推手，正是類器官技術(shù)。
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“類器官”，也稱“微型器官”，其概念早在一個(gè)多世紀(jì)前的海綿細(xì)胞自組織現(xiàn)象中萌芽，直到百年后2009年，荷蘭科學(xué)家Hans Clevers團(tuán)隊(duì)利用小鼠腸道成體干細(xì)胞，在體外培育出具有隱窩-絨毛結(jié)構(gòu)的腸道類器官，首次實(shí)現(xiàn)器官功能模擬，并正式提出“Organoid”一術(shù)語(yǔ)。
隨后十余年，類器官技術(shù)迎來(lái)爆發(fā)式發(fā)展：
- 2011年：首個(gè)視網(wǎng)膜類器官?gòu)男∈笈咛ジ杉?xì)胞培育成功
- 2013年：人類干細(xì)胞來(lái)源的腦類器官問(wèn)世，登上《科學(xué)》年度十大技術(shù)
- 2014年：前列腺、肺類器官相繼突破
……
- 2025年：深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)卵巢癌類器官生長(zhǎng)的模型實(shí)現(xiàn)AUC達(dá)0.85的早期預(yù)測(cè)
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藥物研發(fā)
在2021年，進(jìn)入臨床開(kāi)發(fā)階段的新藥失敗率近90%，其中損耗的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物不計(jì)其數(shù)。成功開(kāi)發(fā)的平均成本更是高達(dá)20億美金。
2018年，Science一項(xiàng)研究利用71名結(jié)直腸癌和胃食管癌患者的110份新鮮組織樣本構(gòu)建類器官，研究發(fā)現(xiàn)，類器官的表型和基因型圖譜與原始患者腫瘤高度相似，在預(yù)測(cè)抗癌藥物的有效性上，具有100%的敏感性，93%的特異性，88%的陽(yáng)性預(yù)測(cè)值以及100%的陰性預(yù)測(cè)值。
精準(zhǔn)醫(yī)療
患者來(lái)源類器官（PDOs）保留了原始腫瘤的基因組和表觀遺傳特征，成為個(gè)性化藥物測(cè)試的絕佳平臺(tái)。在卵巢癌治療中，醫(yī)生可在2-4周內(nèi)培養(yǎng)患者特異性類器官，測(cè)試不同化療方案的反應(yīng)性，成功率從傳統(tǒng)方法的23-53%提升至深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)的85%。
罕見(jiàn)病研究
全球有超過(guò)7000種罕見(jiàn)病沒(méi)有治療方法，其中僅約400種被研究，主要瓶頸是缺乏合適的動(dòng)物模型。類器官技術(shù)通過(guò)直接使用患者細(xì)胞構(gòu)建疾病模型，為這些“孤兒病”帶來(lái)曙光。
由此可見(jiàn)，與傳統(tǒng)研發(fā)手段相比，類器官有著更高的效率以及更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。
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類器官之所以比動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在某些方面更具特異性，主要是因?yàn)樗苯觼?lái)源于人類干細(xì)胞（多能干細(xì)胞或成體干細(xì)胞），其基因組、表觀遺傳特征、細(xì)胞類型組成、組織結(jié)構(gòu)、代謝途徑和藥物反應(yīng)都高度代表人類本身。
相比之下，使用的模式動(dòng)物（如小鼠、大鼠、斑馬魚(yú)、非人靈長(zhǎng)類）盡管存在同源基因和相似的生理過(guò)程，但物種間在基因表達(dá)、代謝酶譜、免疫系統(tǒng)、器官結(jié)構(gòu)和功能、疾病易感性等方面存在根本性差異。
研究表明，小鼠與人類基因同源性僅約85%，非編碼區(qū)同源性常低于50%；關(guān)鍵的藥物代謝酶CYP家族，人類與小鼠間的微小氨基酸差異導(dǎo)致底物特異性和酶活性顯著不同；獼猴與人類的CYP酶氨基酸序列同源性為68-97%，仍不足以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)藥物代謝。
動(dòng)物模型無(wú)法完全模擬人類特有的生物學(xué)特征和疾病機(jī)制。
而且類器官可以從特定患者（健康人或患者）的細(xì)胞（如皮膚、血液、活檢組織）培養(yǎng)生成，或者專門(mén)培養(yǎng)特定器官的類器官（如肝、腸、腦類器官、腫瘤類器官等），使得研究可以高度集中在目標(biāo)組織的細(xì)胞類型、結(jié)構(gòu)和功能上。
而對(duì)于模式動(dòng)物，雖然也是在特定器官上操作，但實(shí)驗(yàn)是在完整生物體中進(jìn)行。
“實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的慢性應(yīng)激會(huì)引起動(dòng)物生理、心理和表觀遺傳變化，導(dǎo)致42%的實(shí)驗(yàn)變異性。”
藥物或干預(yù)措施的效果會(huì)受到全身性因素的復(fù)雜影響，使得對(duì)目標(biāo)器官特異性作用的研究變得模糊不清。
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類器官的出現(xiàn)會(huì)把動(dòng)物實(shí)驗(yàn)“干掉”嗎？
結(jié)論先行，不會(huì)。盡管類器官優(yōu)勢(shì)明顯，但仍有兩片“烏云”高懸。
系統(tǒng)生理學(xué)的空白
系統(tǒng)生理學(xué)的空白是類器官的最大局限。
當(dāng)抗癌藥在肝臟代謝后生成的活性代謝物對(duì)心臟產(chǎn)生毒性時(shí)，這種系統(tǒng)性效應(yīng)只能通過(guò)多器官串聯(lián)模型檢測(cè)，類器官目前難以模擬器官間的相互作用。
阿爾茨海默病研究凸顯了這種局限：非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物雖有類似β-淀粉樣蛋白積累，但磷酸化Tau蛋白沉積和認(rèn)知衰退模式與人類存在本質(zhì)差異。而目前腦類器官尚未突破血管化和免疫系統(tǒng)整合的技術(shù)瓶頸。
監(jiān)管不容忽視
美國(guó)1938年《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案》首次強(qiáng)制要求新藥上市前需動(dòng)物安全性數(shù)據(jù)，這一“黃金標(biāo)準(zhǔn)”已運(yùn)行近90年。
我國(guó)1988年頒布的《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例》建立了四級(jí)分類管理體系（普通動(dòng)物→清潔動(dòng)物→無(wú)特定病原體動(dòng)物→無(wú)菌動(dòng)物），形成完整的質(zhì)量控制鏈條，死死鎖緊流程不脫軌。而類器官領(lǐng)域尚未建立同等效力的標(biāo)準(zhǔn)體系。
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類器官要真正取代動(dòng)物模型，必須跨越三重障礙：
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化困境首當(dāng)其沖。需要十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓沧R(shí)、流程、標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)整個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行規(guī)范，目前來(lái)說(shuō)蓬勃發(fā)展又任重道遠(yuǎn)。
監(jiān)管認(rèn)可路徑尚待開(kāi)辟。雖然FDA在2022年《現(xiàn)代化法案2.0》中取消動(dòng)物實(shí)驗(yàn)強(qiáng)制令，允許使用器官芯片等非動(dòng)物方法申請(qǐng)臨床試驗(yàn)。但具體實(shí)施細(xì)節(jié)仍不明朗。
復(fù)雜生理模擬需技術(shù)突破。很多 “類器官芯片”技術(shù)僅代表未來(lái)方向，距離全面應(yīng)用仍有距離。
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政策風(fēng)向已悄然發(fā)生改變，但科學(xué)演進(jìn)需要理性步伐。FDA毒理學(xué)專家在2025年路線圖中坦言：“替代不是簡(jiǎn)單的技術(shù)置換，而是研究范式的重構(gòu)。”我國(guó)也踏緊科技浪尖，近些年不斷出臺(tái)相關(guān)扶持政策，大批的科研人員在次領(lǐng)域深耕探索，為人類發(fā)展前途指明道路。
MCS31可以滿足多實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下的不同需求，得益于其優(yōu)良的基礎(chǔ)硬件配置。
同時(shí)配套軟件分析功能，可對(duì)細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)、熒光轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞活率、細(xì)胞匯合度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以通過(guò)AI軟件智能訓(xùn)練專項(xiàng)功能，滿足特定化實(shí)驗(yàn)分析需求。
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