1938年，美國《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案》規(guī)定，新藥上市前需在動物身上驗證其安全性。1962年，《科沃夫-哈里斯修正案》要求在研究性新藥（investigational new drug，IND）臨床申請時須審核藥品的藥理、毒理學動物測試結(jié)果。而1978年《非臨床實驗室研究規(guī)范》則對新藥研發(fā)過程動物實驗操作、實驗記錄和測試報告提出了統(tǒng)一標準。從此，動物實驗成為了新藥有效性和安全性驗證中的“金標準”。

       在生物醫(yī)學研究中，從基礎(chǔ)研究的發(fā)育生物學、疾病建模到新藥篩選，猴、犬與嚙齒類動物等實驗動物得到了廣泛應(yīng)用，成為人類探索自身生理病理科學世界的向?qū)T、疾病治療和健康維護的試錯石和防火墻。其中，大小鼠的生命周期短，繁殖能力強，成本相對低廉，便于批量使用，使用最為廣泛，幾乎是動物實驗的代言與形象大使。

       然而，做過動物實驗的都清楚，自把動物高價請進實驗室開始，研究人員的身份就由電腦客秒變?yōu)?×24小時動物保育員和全科獸醫(yī)師。即便經(jīng)歷很長時間的堅守，用句戲謔的話說，實驗結(jié)果好壞關(guān)鍵還靠老鼠的點頭。數(shù)十年來的實踐中，動物實驗到底是助力接捧獎杯的天梯，還是陷人于深淵的滑索，爭議從未停息。生物醫(yī)學研究活動與實驗動物間“剪不斷，理還亂”的復雜糾纏，的確是有原因的。

一、動物實驗自身局限性動搖了其在生物醫(yī)藥研究中的壟斷地位

1）動物實驗研究結(jié)果轉(zhuǎn)化率極低

       在非臨床開發(fā)階段要對候選藥物的藥代動力學、有效性和安全性需要進行全面評估。以非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)為例。它是一種從肝臟內(nèi)脂肪的積累開始，從肝脂肪變性逐漸發(fā)展成非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis, NASH) 的進行性慢性肝病，最終導致肝功能衰竭或癌癥。全球>25% 的人口受此困擾，并且患病率很高還在不斷上升。由于侵入性肝活檢應(yīng)用的限制，長期以來，NAFLD相關(guān)的生物學和新藥研究主要使用遺傳、化學誘導或飲食驅(qū)動的模型在嚙齒動物進行。盡管依托小鼠實驗研究推出過具有治療人類NASH潛力的藥物，但最終都止步于臨床試驗失敗，以致于目前全球范圍內(nèi)仍缺乏針對 NAFLD的有效藥物治療[1]。

       絕大多數(shù)在動物實驗中證明了安全、有效的候選藥物，實驗結(jié)果并不能順利地轉(zhuǎn)化到臨床。據(jù)報道，有潛在療效的候選藥物最終獲批成為臨床治療用藥的成功率僅有10%。在近90%的失敗案例中，約30%是因藥物肝臟、腎臟藥物性損傷等不良事件引起，約60%是由于缺乏療效導致的。藥物研發(fā)過程的高失敗率，可能與所用測試模型無法準確預(yù)測藥物在人體內(nèi)的作用有關(guān)[2-3]。

       有分析指出，實驗動物與人類的基因組序列、生理構(gòu)造存在本質(zhì)不同。動物和基于動物建立的實驗?zāi)Ｐ驮诤芏鄷r候無法有效模擬人體真實情況[4]。據(jù)報道，人類與小鼠肝臟基因表達只有35.3%的相似性[5]。動物與人兩個物種之間關(guān)于新陳代謝、病理表型、對藥物治療反應(yīng)等許多固有差異，尚未被識別或詳細描述過[4,5]。

       事實上，運用RNA-seq技術(shù)已確定有超過50%的常見調(diào)控基因在人和小鼠的肝臟中表現(xiàn)出與脂肪肝病相反的調(diào)控，通過基因網(wǎng)絡(luò)分析進一步印證了反相基因調(diào)控結(jié)果。并且，兩個物種的肝臟基因的調(diào)控反相模式在人和人源化小鼠(humanized mice)模型中也同樣存在。而這種現(xiàn)象說明，人類肝細胞中基因調(diào)控的特異性調(diào)節(jié)，只能在人類或人源化系統(tǒng)中進行充分研究[6]。

       部分藥物療效和毒性反應(yīng)為人類所特有。某些對靈長類實驗動物無明顯毒性藥劑的測試結(jié)果，甚至可能誤導人們對其安全性的評價。因此，動物的安全性、毒理學和代謝研究數(shù)據(jù)的預(yù)測價值極其有限。而忽視人類和實驗動物內(nèi)在調(diào)控機制的不同，完全依賴和取信于當前動物模型測試結(jié)果，很可能會產(chǎn)生嚴重后果。例如，2006年德國TeGenero公司開發(fā)的類風濕性關(guān)節(jié)炎治療藥物人源化單克隆抗體TGN1412，在I期臨床評估中引起的細胞因子反應(yīng)綜合癥，給志愿患者健康產(chǎn)生了災(zāi)難性后果。最典型災(zāi)難莫過于一項抗乙型肝炎候選藥物非阿尿苷（Fialuridine）的臨床試驗，共造成5例患者的死亡，原因是在此前在小鼠、狗和猴子中均未檢測到人類特異性肝毒性[6]。

2）尚有大量人類疾病無法建立有效的動物實驗?zāi)Ｐ?/span>

       目前，包括人類自閉癥譜系障礙和智力障礙在內(nèi)的神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病[7]、人類復發(fā)性流產(chǎn)、子宮內(nèi)膜異位癥[6]、囊性纖維化(cystic fibrosis，CF)等基因突變引起的罕見疾病、某些病毒及寄生蟲感染疾病等在內(nèi)，尚有大量人類疾病研究難以通過實驗動物建模進行。

       因動物壽命較短，無法模擬某些慢性病或老年病，也難以重現(xiàn)長期外部環(huán)境因素所致的人體病變。

       動物體內(nèi)環(huán)境復雜，試驗中動物也容易產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，引起生理參數(shù)變化，影響試驗結(jié)果[4]。

       此外，動物實驗通量低、周期長。而轉(zhuǎn)基因斑馬魚、基因缺陷小鼠、轉(zhuǎn)基因動物、食蟹猴等高級動物模型供不應(yīng)求，價格昂貴，動物單價動輒上萬甚至十幾萬元，巨大的動物材料資金耗費令研究經(jīng)費不堪重負。而對常規(guī)實驗動物保護與動物福利的的關(guān)注，也增加了研究工作成本和動物管理工作負荷。

       一方面是動物實驗的技術(shù)局限性業(yè)界早有共識。而新興生物材料技術(shù)的躍進和應(yīng)用對創(chuàng)新藥物開發(fā)帶來的降本增效所產(chǎn)生的內(nèi)在驅(qū)動力，外加來自西方社會層面反對使用動物實驗的呼聲和壓力，確實促進了各國監(jiān)管層對動物實驗監(jiān)管政策發(fā)生與時俱進的積極調(diào)整。

二、新形勢下對臨床前研究數(shù)據(jù)監(jiān)管標準的變革

       早在1959年，英國科學家 William Russell和Rex Burch就在專著《The Principles of Humane Experimental Technique》中提出了限制實驗動物的使用的“3R原則”，即替代(Replacement)、優(yōu)化(Refinement)和減少(Reduction)。1981年美國《實驗動物福利法》發(fā)出3R提議。歐盟1997年的《用體外模型替代動物研究》則明確了動物實驗遵循3R原則的要求。2013 年，歐盟開始全面禁止使用過實驗動物進行檢驗的化妝品成品和原料進入歐盟市場，并列入WTO雙邊協(xié)議的條款[9]。

       2018年美國《動物實驗替代方法戰(zhàn)略計劃》設(shè)定了2025年前將動物實驗需求減少50%的工作目標。2022年的《FDA現(xiàn)代化法案2.0》的最大影響在于，它宣告了正式終結(jié)實驗性藥物在用于人體臨床試驗前必須通過動物測試的強制規(guī)定。但法案沒有完全禁止動物試驗，而是允許使用其他替代方法。

       2023年的《非臨床安全性評價替代技術(shù)路線圖》發(fā)布了替代實驗方法的分階段實施計劃，即：

1）2023-2024，首先在單克隆抗體、基因治療藥物等領(lǐng)域引入試點動物實驗的替代方法；

2）2025年起，逐步淘汰疫苗、小分子藥物的動物實驗。

       2024年12月12日，美國通過修訂版的“FDA現(xiàn)代化法案3.0”，旨在推動FDA現(xiàn)代化法案2.0的實施。2025年4月10日，美國FDA宣布，將在新藥開發(fā)中逐步淘汰傳統(tǒng)動物實驗，鼓勵采用類器官和器官芯片等新興非動物技術(shù)方法(New Approach Methodologies, NAMs)實驗數(shù)據(jù)申請臨床試驗，并將分階段推進動物替代方法的標準化流程，推動行業(yè)向“無動物實驗”方向發(fā)展。

       對于替代動物實驗的NAMs具體方法，F(xiàn)DA法規(guī)在不斷的更新：

1997年《FDA現(xiàn)代化法案》允許使用體外細胞模型替代部分動物實驗（如藥物代謝研究）；

2007年《關(guān)鍵路徑計劃》提出了“21世紀毒理學”愿景，高通量篩選（HTS）和計算毒理學模型被視為替代動物實驗的NAMs；

2018年《動物實驗替代方法戰(zhàn)略計劃》提出將動物實驗的同時，重點支持類器官、器官芯片等替代技術(shù)；

2022年《FDA現(xiàn)代化法案2.0》允許藥企使用計算機建模、器官芯片等非動物方法申請臨床試驗；

2023年《非臨床安全性評價替代技術(shù)路線圖》提出從2025年起疫苗、小分子藥物實驗中全面采用類器官+AI模型組合方案；

2024年《FDA現(xiàn)代化法案3.0》明確鼓勵類器官、器官芯片等新方法學（NAMs）的應(yīng)用；

       2025年《動物實驗替代技術(shù)指南》發(fā)布的主要替代方案包括：類器官與器官芯片（利用人類干細胞培養(yǎng)的微型器官模型預(yù)測藥物毒性），AI與計算機模擬（通過大數(shù)據(jù)建模預(yù)測藥物代謝路徑和副作用）和體外測試模型（如3D生物打印組織、微生理系統(tǒng)等模擬人體的實驗環(huán)境）。

上述史實表明，從提出基于體外細胞模型（注：主要是是常規(guī)2D細胞培養(yǎng)模型）和依托細胞模型發(fā)展的HTS篩選技術(shù)后，作為IND申請的新興動物實驗替代方案，類器官、器官芯片在NAMs隊列中一直占據(jù)C位。

       而按美國FDA 2025年新藥評審新政，類器官等NAMs的應(yīng)用范圍將從目前的單克隆抗體的安全性評價擴展至其他其他生物制品、化學藥物以及醫(yī)療器械等產(chǎn)品。在藥品申報材料中整合類器官（organoids）、器官芯片（organ-on-a-chip）等替代方法所生成的數(shù)據(jù)的審批項目，F(xiàn)DA還將予以納入快速審批通道以資鼓勵。

       鑒于現(xiàn)階段的生物醫(yī)學臨床前研究和藥物開發(fā)還沒有可以完全替代動物模型的方法。而出于對新藥安全性的擔憂，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）、美國國家生物醫(yī)學研究協(xié)會（NABR）、FDA等機構(gòu)傾向性意見是，動物實驗對于藥物開發(fā)和評估化合物的毒性仍然至關(guān)重要。一款藥物分別經(jīng)兩種或兩種以上動物測試，通過監(jiān)測對不同的動物可能產(chǎn)生反應(yīng)，有助于評估一款潛在藥物的人體毒副作用以及不同劑量下的安全性，為人體臨床實驗指明了方向。換句話說，動物實驗在新藥毒理評價方面，目前依然發(fā)揮著壓艙石和兜底作用，而前期基礎(chǔ)研究、藥效學篩查，在有更成熟的類器官相關(guān)技術(shù)和人工智能模型前提下，NAMs不僅具有合法性，更具前瞻性和優(yōu)越性。

三、各國對類器官實驗技術(shù)發(fā)展的引導和推動

       為適應(yīng)全球范圍內(nèi)類器官技術(shù)在臨床前基礎(chǔ)研究和新藥開發(fā)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展形勢，各國監(jiān)管部門先后出臺了政策規(guī)范加以引導和對研究的扶持政策。

       繼美國《2022年食品和藥品修正案》批準采用細胞學實驗、器官芯片和微生理系統(tǒng)測試結(jié)果作為藥物申請IND的“非臨床檢測”依據(jù)后，2024年1月，我國國家藥品監(jiān)督管理局制定的《人源干細胞產(chǎn)品非臨床研究技術(shù)指導原則》正式頒布并施行。該文件指出，在缺少相關(guān)動物種屬/模型時，基于細胞和組織的模型（如2D或3D組織模型、類器官和微流控模型等）測評數(shù)據(jù)可作為非臨床有效性和安全性的評估的有效補充。類器官技術(shù)獲得監(jiān)管機構(gòu)的認可，表明其應(yīng)用前景不再是“具有潛力”，而是已轉(zhuǎn)化為切實的“可行性”[10]。類器官代表的NAMs開發(fā)應(yīng)用將駛?cè)肟燔嚨溃型蔀榕R床前研究的主流技術(shù)路徑。

       類器官技術(shù)應(yīng)用合法化基礎(chǔ)上，各國都加大了類器官技術(shù)研究資助力度，以促進類器官領(lǐng)域從技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展和保持優(yōu)勢地位。

       2021 年，歐盟啟動了一項在“地平線歐洲”（Horizon Europe）框架下的HYBRIDA項目專門用于支持和引領(lǐng)類器官等新型研究模型的開發(fā)[11]。

       美國白宮科技政策辦公室2023年《生物技術(shù)與生物制造宏大目標》報告提出推動類器官領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，并將其廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域。

       2021年，我國科技部發(fā)布的“十四五”國家重點研發(fā)計劃鼓勵開發(fā)和利用類器官技術(shù)。首批啟動的“干細胞研究與器官修復”重點專項中包括了“建立基于干細胞、類器官和人源化動物的疾病模型”的專項。2022年重點專項的“基于干細胞的疾病模型”模塊中，明確指出支持針對腫瘤建立“包含血管、免疫細胞、多細胞類型、多臟器或多區(qū)域的復雜3D類器官模型”研究[12]。

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[11] D5.1: Operational guidelines regarding organoids and organoid-related technologies (https://hybrida-project.eu/)

[12] 肖毅，吳名，姚剛.腫瘤類器官研究現(xiàn)狀與展望. 中國癌癥雜志,2024,34(8):763-776