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类器官培养模型相较于动物模型在衡量药物安全性和有效性方面的优势

2023-02-10     来源:     点击次数:1897

动物模型存在的缺陷

自1983年联邦政府对动物试验要求规定到颁布FDA现代化法案2.0世界各国对于动物试验的法规愈加规范,但许多人类疾病的新药、仿制药的药物研究在临床应用上的局限性有目共睹。正如2022FDA现代化法案的主要发起人Vern Buchanan在新闻稿所说的:“在很大程度上,动物试验不能预测人类对药物的反应,当药物进入临床试验时,失败率非常高”。

 

法案的推动者Wayne Pacelle表示:“90-95%在动物试验中已证明安全的药物在人体临床试验中却会失败,因为动物试验无法预测毒性或缺乏疗效”。缺乏疗效的药物重复研究大大延长了药物的研发成本,而无法预测的毒性在增大临床试验周期的同时更是带来了不少未知的隐患和副作用。采用如今新式非动物的测试方法则可在提高研发速度的同时提供更可靠的结果。


Wayne Pacelle在modernizetesting上的发文中表示:

尽管几十年来为阿尔茨海默病和癌症的动物研究提供了数十亿美元的资金,但癌症药物开发的失败率仍然是97%,阿尔茨海默氏症的失败率仍然是99%,并考虑这些结论:

1.超过90%通过动物试验的药物在人体临床试验中失败。
2.通常无用的动物试验的时间表是10到15年,研发资本成本为10亿至60亿美元,只是为了将一种新药推向市场。
3.药物不良反应是患者死亡的重要原因之一。
4.大多数疾病无法治愈,7000种罕见疾病很少受到主要药物开发商的关注,因为商业回报永远无法等于或超过前期研发成本。

总结:基于人类生物学的新研究表明,替代方法在衡量实验药物的安全性和有效性方面要有效得多。

用什么替代动物模型
 

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在《science》期刊中提到Tamara Drake认为,在批准药物进行人体试验时,FDA应更多地依靠计算机建模、器官芯片等技术,而类器官培养模型无疑是上佳之选。
 

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Emulate公司制造包含了人类肝脏中的细胞和液体的肝脏芯片。

 

在《science》期刊中提到哈佛大学生物工程师Don Ingber所在的实验室开发的器官芯片技术,该芯片通常由嵌入有机硅基聚合物中的空心通道组成,大小与计算机拇指驱动器相当。通道内衬着来自大脑、肝脏、肺和肾脏等器官的活细胞和组织,液体流过它们以模仿流经微小血管的血液和通过组织的液体跟踪,就像在活体器官中一样。当通过人体肝脏芯片泵送的实验药物损害细胞时,可以警示这种毒性。Emulate的研究团队发表的研究中显示,该芯片正确识别了87%的各种药物,能在极大的提升了检验效率的同时拥有极高的准确度。

 

类器官能较好地在体外模拟体内三维器官环境,而且通过类器官和iPSC或iPS细胞分化技术,可以直接测试上百种不同的人类细胞和组织对药物治疗的反应,相较于动物模型,类器官模型能更为直观地实时观测药物对人体细胞和组织作用。不管是在药物药效、药物毒性还是肿瘤生成过程上都能比动物模型更优秀、快速,同时类器官移植与生理免疫上也为各种器官治疗提供了新的思路。如英国剑桥大学的研究人员利用胆管细胞类器官成功对人体肝移植后的胆管进行修复,来自东京医科齿科大学(TMDU)的研究人员提出的治疗溃疡性结肠炎的详细科学实验方案。

 

当然,要说类器官模型现在就能代替动物模型还为时尚早,不管是在技术上还是在细胞因子、抑制剂的研究上,都需要各位学者老师的探索发现,模基生物秉承着一颗推动医学研究的心,期待与各位学者老师的交流与探讨。


参考资料

1.美国新药研制不再需要动物试验也可获批,如何看待这一重大转变?(知乎:Frank)

2.动物实验,目前无法完全替代!(中洪博元)

3.限制药物研发中的动物试验?虚惊一场过后的思考(药渡)

4.FDA no longer needs to require animal tests beforehuman drug trials(science官网)

5.S.5002 - FDA Modernization Act 2.0(congress官网)

6.Sec. 355 - New drugs(congress官网)

7.M3(R2) Nonclinical Safety Studies for the Conduct of Human Clinical Trials and Marketing Authorization for Pharmaceuticals(FDA官网)

8.其他公开资料

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模基类器官培养案例

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