1938年，美國(guó)《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案》規(guī)定，新藥上市前需在動(dòng)物身上驗(yàn)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(qǐng)時(shí)須審核藥品的藥理、毒理學(xué)動(dòng)物測(cè)試結(jié)果。而1978年《非臨床實(shí)驗(yàn)室研究規(guī)范》則對(duì)新藥研發(fā)過(guò)程動(dòng)物實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)記錄和測(cè)試報(bào)告提出了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。從此，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成為了新藥有效性和安全性驗(yàn)證中的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

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

       然而，做過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的都清楚，自把動(dòng)物高價(jià)請(qǐng)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始，研究人員的身份就由電腦客秒變?yōu)?×24小時(shí)動(dòng)物保育員和全科獸醫(yī)師。即便經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間的堅(jiān)守，用句戲謔的話說(shuō)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果好壞關(guān)鍵還靠老鼠的點(diǎn)頭。數(shù)十年來(lái)的實(shí)踐中，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到底是助力接捧獎(jiǎng)杯的天梯，還是陷人于深淵的滑索，爭(zhēng)議從未停息。生物醫(yī)學(xué)研究活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物間“剪不斷，理還亂”的復(fù)雜糾纏，的確是有原因的。

一、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)自身局限性動(dòng)搖了其在生物醫(yī)藥研究中的壟斷地位

1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果轉(zhuǎn)化率極低

       在非臨床開(kāi)發(fā)階段要對(duì)候選藥物的藥代動(dòng)力學(xué)、有效性和安全性需要進(jìn)行全面評(píng)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(kāi)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(jìn)行性慢性肝病，最終導(dǎo)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(zhǎng)期以來(lái)，NAFLD相關(guān)的生物學(xué)和新藥研究主要使用遺傳、化學(xué)誘導(dǎo)或飲食驅(qū)動(dòng)的模型在嚙齒動(dòng)物進(jìn)行。盡管依托小鼠實(shí)驗(yàn)研究推出過(guò)具有治療人類(lèi)NASH潛力的藥物，但最終都止步于臨床試驗(yàn)失敗，以致于目前全球范圍內(nèi)仍缺乏針對(duì) NAFLD的有效藥物治療 ^[1] 。

       絕大多數(shù)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證明了安全、有效的候選藥物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不能順利地轉(zhuǎn)化到臨床。據(jù)報(bào)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(dǎo)致的。藥物研發(fā)過(guò)程的高失敗率，可能與所用測(cè)試模型無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)藥物在人體內(nèi)的作用有關(guān) ^[2-3] 。

       有分析指出，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人類(lèi)的基因組序列、生理構(gòu)造存在本質(zhì)不同。動(dòng)物和基于動(dòng)物建立的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诤芏鄷r(shí)候無(wú)法有效模擬人體真實(shí)情況^[4] 。據(jù)報(bào)道，人類(lèi)與小鼠肝臟基因表達(dá)只有35.3%的相似性[5]。動(dòng)物與人兩個(gè)物種之間關(guān)于新陳代謝、病理表型、對(duì)藥物治療反應(yīng)等許多固有差異，尚未被識(shí)別或詳細(xì)描述過(guò) ^[4,5] 。

       事實(shí)上，運(yùn)用RNA-seq技術(shù)已確定有超過(guò)50%的常見(jiàn)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(guò)基因網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)一步印證了反相基因調(diào)控結(jié)果。并且，兩個(gè)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(shuō)明，人類(lèi)肝細(xì)胞中基因調(diào)控的特異性調(diào)節(jié)，只能在人類(lèi)或人源化系統(tǒng)中進(jìn)行充分研究^[6] 。

       部分藥物療效和毒性反應(yīng)為人類(lèi)所特有。某些對(duì)靈長(zhǎng)類(lèi)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物無(wú)明顯毒性藥劑的測(cè)試結(jié)果，甚至可能誤導(dǎo)人們對(duì)其安全性的評(píng)價(jià)。因此，動(dòng)物的安全性、毒理學(xué)和代謝研究數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)價(jià)值極其有限。而忽視人類(lèi)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物內(nèi)在調(diào)控機(jī)制的不同，完全依賴和取信于當(dāng)前動(dòng)物模型測(cè)試結(jié)果，很可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。例如，2006年德國(guó)TeGenero公司開(kāi)發(fā)的類(lèi)風(fēng)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(píng)估中引起的細(xì)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(guò)于一項(xiàng)抗乙型肝炎候選藥物非阿尿苷（Fialuridine）的臨床試驗(yàn)，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(cè)到人類(lèi)特異性肝毒性^[6] 。

2）尚有大量人類(lèi)疾病無(wú)法建立有效的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>

       目前，包括人類(lèi)對(duì)精神分裂癥、自殺傾向的重度抑郁癥、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(lèi)復(fù)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(jiàn)疾病、某些病毒及寄生蟲(chóng)感染疾病等在內(nèi)，尚有大量人類(lèi)疾病研究難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物建模進(jìn)行。

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

       動(dòng)物體內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，試驗(yàn)中動(dòng)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(yàn)結(jié)果^[4] 。

       此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)通量低、周期長(zhǎng)。而轉(zhuǎn)基因斑馬魚(yú)、基因缺陷小鼠、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、食蟹猴等高級(jí)動(dòng)物模型供不應(yīng)求，價(jià)格昂貴，動(dòng)物單價(jià)動(dòng)輒上萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)元，巨大的動(dòng)物材料資金耗費(fèi)令研究經(jīng)費(fèi)不堪重負(fù)。而對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物保護(hù)與動(dòng)物福利的的關(guān)注，也增加了研究工作成本和動(dòng)物管理工作負(fù)荷。

       一方面是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的技術(shù)局限性業(yè)界早有共識(shí)。而新興生物材料技術(shù)的躍進(jìn)和應(yīng)用對(duì)創(chuàng)新藥物開(kāi)發(fā)帶來(lái)的降本增效所產(chǎn)生的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，外加來(lái)自西方社會(huì)層面反對(duì)使用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的呼聲和壓力，確實(shí)促進(jìn)了各國(guó)監(jiān)管層對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)監(jiān)管政策發(fā)生與時(shí)俱進(jìn)的積極調(diào)整。

二、新形勢(shì)下對(duì)臨床前研究數(shù)據(jù)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的變革

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

       2018年美國(guó)《動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方法戰(zhàn)略計(jì)劃》設(shè)定了2025年前將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)需求減少50%的工作目標(biāo)。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(shí)驗(yàn)性藥物在用于人體臨床試驗(yàn)前必須通過(guò)動(dòng)物測(cè)試的強(qiáng)制規(guī)定。但法案沒(méi)有完全禁止動(dòng)物試驗(yàn)，而是允許使用其他替代方法。

       2023年的《非臨床安全性評(píng)價(jià)替代技術(shù)路線圖》發(fā)布了替代實(shí)驗(yàn)方法的分階段實(shí)施計(jì)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(diǎn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的替代方法；

2）2025年起，逐步淘汰疫苗、小分子藥物的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

       2024年12月12日，美國(guó)通過(guò)修訂版的“FDA現(xiàn)代化法案3.0”，旨在推動(dòng)FDA現(xiàn)代化法案2.0的實(shí)施。2025年4月10日，美國(guó)FDA宣布，將在新藥開(kāi)發(fā)中逐步淘汰傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)采用類(lèi)器官和器官芯片等新興非動(dòng)物技術(shù)方法(New Approach Methodologies, NAMs)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)申請(qǐng)臨床試驗(yàn)，并將分階段推進(jìn)動(dòng)物替代方法的標(biāo)準(zhǔn)化流程，推動(dòng)行業(yè)向“無(wú)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)”方向發(fā)展。

       對(duì)于替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(xì)胞模型替代部分動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（如藥物代謝研究）；

2007年《關(guān)鍵路徑計(jì)劃》提出了“21世紀(jì)毒理學(xué)”愿景，高通量篩選（HTS）和計(jì)算毒理學(xué)模型被視為替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的NAMs；

2018年《動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方法戰(zhàn)略計(jì)劃》提出將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，重點(diǎn)支持類(lèi)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(jì)算機(jī)建模、器官芯片等非動(dòng)物方法申請(qǐng)臨床試驗(yàn)；

2023年《非臨床安全性評(píng)價(jià)替代技術(shù)路線圖》提出從2025年起疫苗、小分子藥物實(shí)驗(yàn)中全面采用類(lèi)器官+AI模型組合方案；

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

       2025年《動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代技術(shù)指南》發(fā)布的主要替代方案包括：類(lèi)器官與器官芯片（利用人類(lèi)干細(xì)胞培養(yǎng)的微型器官模型預(yù)測(cè)藥物毒性），AI與計(jì)算機(jī)模擬（通過(guò)大數(shù)據(jù)建模預(yù)測(cè)藥物代謝路徑和副作用）和體外測(cè)試模型（如3D生物打印組織、微生理系統(tǒng)等模擬人體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境）。

上述史實(shí)表明，從提出基于體外細(xì)胞模型（注：主要是是常規(guī)2D細(xì)胞培養(yǎng)模型）和依托細(xì)胞模型發(fā)展的HTS篩選技術(shù)后，作為IND申請(qǐng)的新興動(dòng)物實(shí)驗(yàn)替代方案，類(lèi)器官、器官芯片在NAMs隊(duì)列中一直占據(jù)C位。

       而按美國(guó)FDA 2025年新藥評(píng)審新政，類(lèi)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(píng)價(jià)擴(kuò)展至其他其他生物制品、化學(xué)藥物以及醫(yī)療器械等產(chǎn)品。在藥品申報(bào)材料中整合類(lèi)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(xiàng)目，F(xiàn)DA還將予以納入快速審批通道以資鼓勵(lì)。 

       鑒于現(xiàn)階段的生物醫(yī)學(xué)臨床前研究和藥物開(kāi)發(fā)還沒(méi)有可以完全替代動(dòng)物模型的方法。而出于對(duì)新藥安全性的擔(dān)憂，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）、美國(guó)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)研究協(xié)會(huì)（NABR）、FDA等機(jī)構(gòu)傾向性意見(jiàn)是，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)于藥物開(kāi)發(fā)和評(píng)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(dòng)物測(cè)試，通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)不同的動(dòng)物可能產(chǎn)生反應(yīng)，有助于評(píng)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(shí)驗(yàn)指明了方向。換句話說(shuō)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在新藥毒理評(píng)價(jià)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(xué)篩查，在有更成熟的類(lèi)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(guó)對(duì)類(lèi)器官實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的引導(dǎo)和推動(dòng)

       為適應(yīng)全球范圍內(nèi)類(lèi)器官技術(shù)在臨床前基礎(chǔ)研究和新藥開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展形勢(shì)，各國(guó)監(jiān)管部門(mén)先后出臺(tái)了政策規(guī)范加以引導(dǎo)和對(duì)研究的扶持政策。

       繼美國(guó)《2022年食品和藥品修正案》批準(zhǔn)采用細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、器官芯片和微生理系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果作為藥物申請(qǐng)IND的“非臨床檢測(cè)”依據(jù)后，2024年1月，我國(guó)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局制定的《人源干細(xì)胞產(chǎn)品非臨床研究技術(shù)指導(dǎo)原則》正式頒布并施行。該文件指出，在缺少相關(guān)動(dòng)物種屬/模型時(shí)，基于細(xì)胞和組織的模型（如2D或3D組織模型、類(lèi)器官和微流控模型等）測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)可作為非臨床有效性和安全性的評(píng)估的有效補(bǔ)充。類(lèi)器官技術(shù)獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)的認(rèn)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(shí)的“可行性^”[10] 。類(lèi)器官代表的NAMs開(kāi)發(fā)應(yīng)用將駛?cè)肟燔?chē)道，有望成為臨床前研究的主流技術(shù)路徑。

       類(lèi)器官技術(shù)應(yīng)用合法化基礎(chǔ)上，各國(guó)都加大了類(lèi)器官技術(shù)研究資助力度，以促進(jìn)類(lèi)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(shì)地位。

       2021 年，歐盟啟動(dòng)了一項(xiàng)在“地平線歐洲”（Horizon Europe）框架下的HYBRIDA項(xiàng)目專(zhuān)門(mén)用于支持和引領(lǐng)類(lèi)器官等新型研究模型的開(kāi)發(fā)^[11] 。

       美國(guó)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(biāo)》報(bào)告提出推動(dòng)類(lèi)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(guó)科技部發(fā)布的“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)和利用類(lèi)器官技術(shù)。首批啟動(dòng)的“干細(xì)胞研究與器官修復(fù)”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)中包括了“建立基于干細(xì)胞、類(lèi)器官和人源化動(dòng)物的疾病模型”的專(zhuān)項(xiàng)。2022年重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)的“基于干細(xì)胞的疾病模型”模塊中，明確指出支持針對(duì)腫瘤建立“包含血管、免疫細(xì)胞、多細(xì)胞類(lèi)型、多臟器或多區(qū)域的復(fù)雜3D類(lèi)器官模型”研究[^12] 。 

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