圖源：《Science》FDA no longer has to require animal testing for new drugs

2023年1月10日，隨著美國參議院最新的一項法案簽署生效，F(xiàn)DA宣布將不再要求新藥上市前必須進(jìn)行動物試驗。這標(biāo)志著持續(xù)了80多年的藥物安全監(jiān)管條例走向歷史盡頭。

新規(guī)的出爐，引起各界廣泛關(guān)注和討論。它不僅意味著規(guī)則新舊交替，也將為多種非動物試驗的技術(shù)手段帶來前所未有的增長需求。以下，我們回到最初，從最開始為大家捋清這一事件的來龍去脈。

1938年，美國立法規(guī)定新藥在推出市場前，必須在動物身上進(jìn)行安全性和有效性的測試實驗，而實驗結(jié)果必須通過FDA認(rèn)可，并符合藥物安全規(guī)定后才能獲批上市銷售。而FDA要求進(jìn)行的實驗動物來源通常為小鼠、大鼠、猴或狗。保守估計，每年有數(shù)萬只動物參與此類實驗，并隨后被安排執(zhí)行安樂死處理。

動物實驗早已有之，著名的條件反射理論提出者——巴普洛夫，就曾通過將食物有無和信號燈顏色關(guān)聯(lián)起來，完成了狗-食物-信號燈的關(guān)聯(lián)建立。

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動物實驗之重要，在于通過動物身上測試的結(jié)果，可以預(yù)測人類進(jìn)行此活動的結(jié)果，并提示潛在的風(fēng)險和效果。對于治療手段，尤其是藥物的安全使用，例如服用劑量、毒性控制等，如果能有大量的動物實驗數(shù)據(jù)支持，將大大降低藥物用在人身上的風(fēng)險。

既然如此，為什么這項持續(xù)了80多年的法案會在2023年走向終點(diǎn)？原因很多，其中最主要的應(yīng)該是以下3個方面。

首先，法案的提出和推動來源于團(tuán)隊或組織，這其中最重要的就是人道主義經(jīng)濟(jì)組織、動物關(guān)懷組織的提出。

其次，是現(xiàn)有動物實驗技術(shù)的局限性導(dǎo)致，哈佛大學(xué)工程師Don Ingber表示，盡管藥物在進(jìn)入人體臨床試驗前進(jìn)行了大量的動物實驗，但每年仍有90%以上的藥物開發(fā)，在人體臨床試驗階段仍然出現(xiàn)了安全風(fēng)險和無任何效果的現(xiàn)象，這意味著前面所做的大量動物試驗很可能是沒有意義的。

最后，就是近十幾年來，非動物手段的模擬試驗技術(shù)越來越多，且逐漸走向成熟，例如生物芯片、結(jié)合大數(shù)據(jù)的軟件模擬、有別于常規(guī)細(xì)胞體外培養(yǎng)的類器官研究技術(shù)等，在逐步獲得認(rèn)可。

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盡管FDA明確表示，現(xiàn)階段雖然不再要求企業(yè)提供動物試驗的數(shù)據(jù)，但也不會拒絕動物試驗的數(shù)據(jù)。但由新法案帶來的短期混亂，和新技術(shù)的迭代與需求，對整個行業(yè)的發(fā)展改變將是一個大趨勢。作為藥物研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)，我們更應(yīng)該關(guān)注如何在新規(guī)下，利用新技術(shù)加速藥物開發(fā)，確保藥物安全性和有效性。

而本文援引的這篇《Science》的報道，還特別提到了在當(dāng)前新政策環(huán)境下， 藥物開發(fā)者可以把目光放在干細(xì)胞來源的類器官技術(shù)來代替部分動物試驗，因為其在肝、心臟毒性試驗中表現(xiàn)出良好的數(shù)據(jù)結(jié)果。

圖源：《Science》FDA no longer has to require animal testing for new drugs

類器官——動物試驗的另一個替代思路

接下來，我們以類器官技術(shù)為例，向您闡述藥物開發(fā)領(lǐng)域可以利用類器官做什么。

類器官（Organoid）是來源于干細(xì)胞或器官組織的細(xì)胞，經(jīng)過體外三維培養(yǎng)，可分化和自組織形成具有宿主相應(yīng)器官的部分特定功能和結(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)。通俗來說，類器官就是通過體外3D培養(yǎng)技術(shù)形成的“類似”器官的生物結(jié)構(gòu)。

類器官這個概念的確立，是源于2009年，荷蘭Hans Clevers研究團(tuán)隊證實了體外培養(yǎng)的腸道干細(xì)胞能夠形成類器官這一研究發(fā)現(xiàn)。隨后，越來越多科學(xué)家們利用多能干細(xì)胞和原代成體干細(xì)胞培育出多種類器官。

與常規(guī)的細(xì)胞體外培養(yǎng)技術(shù)相比，類器官突破了細(xì)胞在體外生長的平面狀態(tài)，形成了更接近于體內(nèi)形態(tài)的三維結(jié)構(gòu)。這一點(diǎn)，讓后者無論從結(jié)構(gòu)還是生理表征上，更趨于“真實”。因此，使用類器官進(jìn)行基礎(chǔ)研究獲得的數(shù)據(jù)，也就更加接近體內(nèi)的真實情況。

類器官技術(shù)為基礎(chǔ)研究提供了許多新的實驗?zāi)Ｐ秃头椒ǎ饕ㄒ韵氯齻€方面：

研究發(fā)病機(jī)制

類器官模型最顯著的優(yōu)勢是人源性和近生理性，腫瘤患者來源的類器官為研究復(fù)雜的、尚未闡明的風(fēng)險基因位點(diǎn)和表型高度異質(zhì)性的疾病機(jī)制提供可能。

藥物篩選

在藥物研究中，尤其是針對罕見病或缺乏大規(guī)模臨床試驗時，類器官能夠為深度測序和功能測試、突變位點(diǎn)或表型分析提供足夠資源，是藥物毒性預(yù)測、新藥篩選、個體化治療的較好模型。

精準(zhǔn)治療

精準(zhǔn)醫(yī)療的基本理念是整合個性化疾病信息，從而針對每個患者制定精準(zhǔn)的診斷和治療策略。對于癌癥精準(zhǔn)治療而言，體外模型必須在生物學(xué)特性、基因突變譜上與體內(nèi)腫瘤保持一致，而且能夠維持高度異質(zhì)性和基因型穩(wěn)定性，如今腫瘤類器官的出現(xiàn)為癌癥精準(zhǔn)醫(yī)療創(chuàng)造了新的機(jī)遇。

近幾年，抗癌藥物篩選、藥物毒性分析、尋找潛在治療靶點(diǎn)已經(jīng)成為腫瘤類器官研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。此外，隨著腫瘤類器官培養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)化，已經(jīng)建立起重建腫瘤微環(huán)境的方法，為研究腫瘤微環(huán)境與腫瘤細(xì)胞的互作提供了一個更成熟的模型。

基于以上信息，在藥物開發(fā)階段的動物試驗中的某些項目，可以考慮使用類器官來進(jìn)行替代。比如毒性試驗，包括藥物的免疫毒性試驗，其針對特定臟器的細(xì)胞水平毒性上的檢測指標(biāo)，例如T淋巴細(xì)胞增殖反應(yīng)則可以考慮應(yīng)用分化后的類器官進(jìn)行檢測。無論是使用顯微成像觀察細(xì)胞形態(tài)，還是高內(nèi)涵成像觀察組織結(jié)構(gòu)特征的變化，或者是流式細(xì)胞術(shù)分析細(xì)胞表面抗原表位，這些都是有成熟的解決方案。

作為藥效評估的測試，例如抗癌藥物功效，我們甚至可以暢想，原來必須通過給動物做成瘤實驗，然后再進(jìn)行藥物作用評價腫瘤變化的測試，是否可以使用宿主癌細(xì)胞分化培養(yǎng)成的類器官進(jìn)行功效測試？后者不僅能批量培養(yǎng)，檢測通量更高，而且腫瘤來自于人體，其各方面的實驗指標(biāo)也會更接近人體疾病的真實情況。

以上，僅是我們對其中一種非動物試驗技術(shù)的淺顯探討，除了類器官，像大數(shù)據(jù)模擬的軟件分析、生物芯片也是有豐富的應(yīng)用場景和潛力。作為藥物開發(fā)者來說， 應(yīng)盡快把目光轉(zhuǎn)移至此類技術(shù)上，并投入精力和資源應(yīng)對新規(guī)。

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丹納赫生命科學(xué)的解決方案

丹納赫生命科學(xué)通過對旗下品牌的優(yōu)質(zhì)設(shè)備資源進(jìn)行整合，提供針對類器官研究從類器官制備到鑒定，以及后續(xù)延申的科研應(yīng)用的完整解決方案。

1、組織/細(xì)胞收集

制備類器官的培養(yǎng)基成分差異將造成細(xì)胞的發(fā)育與分化的差異。丹納赫生命科學(xué)旗下貝克曼庫爾特的Vi-CELL MetaFLEX高速細(xì)胞培養(yǎng)生化分析儀，能夠快速鑒定培養(yǎng)基組分，具有35s快速檢測、系統(tǒng)免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

貝克曼庫爾特Vi-CELL MetaFLEX高速細(xì)胞培養(yǎng)生化分析儀

貝克曼庫爾特的Avanti J-15R冷凍離心機(jī)采用UHT（Ultra Harmonic Technology）超平穩(wěn)技術(shù)，離心速度穩(wěn)定準(zhǔn)確。同時，搭配加減速脈沖功能，緩慢增減速有效防止高速制動帶來的細(xì)胞損傷。

貝克曼庫爾特Avanti J-15R冷凍離心機(jī)

2、3D培養(yǎng)的換液與用藥

貝克曼庫爾特自動化工作站Biomek系列，用吸頭移液方法實現(xiàn)自動化實驗操作，是類器官自動化培養(yǎng)與換液的全能助手?？善ヅ浜罄m(xù)核酸提取以及二代測序DNA/RNA建庫流程，實現(xiàn)從細(xì)胞培養(yǎng)到分析應(yīng)用的全自動化。

貝克曼庫爾特Biomek i5實驗室自動化工作站

對于有藥篩實驗需求的研究，可在Biomek自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)上搭配Echo 650移液工作站。利用Echo無接觸、體積小的特點(diǎn)，將化合物轉(zhuǎn)移到實驗板里。

貝克曼庫爾特Echo 650移液工作站

3、類器官檢測與鑒定

類器官培養(yǎng)后一般需要進(jìn)行質(zhì)控的過程，最常見的手段是檢測特異性的細(xì)胞表面抗原，從而確定是否發(fā)生了明顯的細(xì)胞分化。另外，細(xì)胞凋亡情況、細(xì)胞活力也是常見的檢測參數(shù)。貝克曼庫爾特提供CytoFLEX系列流式細(xì)胞儀，具有操作簡單、高靈敏度等特點(diǎn)。

貝克曼庫爾特CytoFLEX系列流式細(xì)胞儀

使用一般的倒置顯微鏡較難清晰觀察到類器官的多層組織結(jié)構(gòu)，因此需要利用到共聚焦成像、3D成像等新技術(shù)手段。丹納赫生命科學(xué)旗下徠卡顯微系統(tǒng)的M系列研究體視鏡與熒光體視鏡，可以直接多角度、多維度觀察細(xì)胞的形態(tài)與結(jié)構(gòu)。

Leica還提供MICA多模態(tài)顯像成像系統(tǒng)，滿足不同檢測精細(xì)度及應(yīng)用目的需要，還可以直接培養(yǎng)并觀察細(xì)胞。