中外類器官在環(huán)境毒理的應(yīng)用（中腦類器官為例）

（一）產(chǎn)業(yè)化方面

44歲的貝克羅萊那大學(xué)教授Wilson描述了體外生物再生的第一次嘗試，他證明了分離的海綿細(xì)胞可以自我組織以再生整個生物體，從1907年至今，類器官的發(fā)展歷程不斷獲得突破。

類器官技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面國外起步較早，多家zhiming的類器官技術(shù)公司相繼誕生，如美國的HesperosInc. 英國的Kirkstall Ltd. 美國并陸續(xù)將人體器官芯片送往外太空進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以觀察地球重力對腦細(xì)胞及其認(rèn)知功能的影響。其中有企業(yè)也成功將類器官技術(shù)應(yīng)用于新藥研發(fā)、疾病診斷等領(lǐng)域，并取得了顯著成果。

相較于國外，中國在類器官技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面起步較晚。直到2019年前后，中國才相繼出現(xiàn)以研發(fā)類器官試劑，類器官構(gòu)建等工業(yè)企業(yè)。

（二）科研方面-環(huán)境毒理

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室關(guān)于《環(huán)境毒理學(xué)中疾病特異性體外模型重要性》的文章，發(fā)表于2023年12月。

文章摘要與核心觀點(diǎn)

體外模型：環(huán)境毒理學(xué)是研究環(huán)境化學(xué)物質(zhì)對人類健康的影響，考慮已有疾病的人群對環(huán)境污染物的敏感性可能更高，傳統(tǒng)的疾病特異性動物模型存在種間差異，可能無法準(zhǔn)確模擬人類疾病。體外模型對于模擬疾病和評估毒理學(xué)至關(guān)重要，可以更接近地復(fù)制整個生物體的環(huán)境條件和復(fù)雜性。

疾病特異性2D iPSC模型：iPSCs（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）能夠分化為人體中的多種細(xì)胞類型。通過重編程成人細(xì)胞，避免使用人類胚胎的倫理問題。可用于疾病建模、潛在治療開發(fā)和藥物測試。

疾病特異性類器官模型（Organoids）：類器官是實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的3D器官或組織的微型版本。包含多種細(xì)胞類型，能夠自我組織形成類似原始器官的結(jié)構(gòu)?？捎糜谘芯堪┌Y、神經(jīng)退行性疾病和遺傳疾病。

疾病特異性器官芯片模型（Organ-on-a-Chip）：微流控細(xì)胞培養(yǎng)裝置，復(fù)制人類器官和組織的結(jié)構(gòu)和功能。與傳統(tǒng)的單層細(xì)胞培養(yǎng)不同，器官芯片創(chuàng)建3D組織結(jié)構(gòu)，更接近體內(nèi)環(huán)境?？捎糜诟咄克幬锖Y選、毒理學(xué)研究和疾病建模。

結(jié)論：盡管人類基礎(chǔ)和動物模型的互補(bǔ)使用是理想的，但體外生物工程疾病模型有望加速藥物開發(fā)、降低成本，并提高研究的臨床轉(zhuǎn)化。

美國印第安納大學(xué)，辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)中心使用《人類中腦類器官微生理系統(tǒng)來模擬產(chǎn)前全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露影響》的研究文章，發(fā)表于2024年7月。

文章摘要與核心觀點(diǎn)

PFOS是一種在多種環(huán)境中檢測到的合成化學(xué)物質(zhì)，與人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的功能障礙有關(guān)。但是，由于缺乏相關(guān)的人類模型，PFOS暴露的神經(jīng)毒理學(xué)在很大程度上尚未得到充分研究。本研究報道了生物工程化的人類中腦類器官微生理系統(tǒng)(hMO-MPSs)，以模擬胎兒大腦對多種同時發(fā)生的PFOS暴露條件的反應(yīng)。研究了PFOS暴露對神經(jīng)活動、神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)炎癥的影響，并使用神經(jīng)功能、解剖和分子測試來評估PFOS的神經(jīng)毒性。

主要發(fā)現(xiàn)：PFOS暴露對hMOs的神經(jīng)活動有初始的增加和隨后的減少效應(yīng)。PFOS暴露損害了神經(jīng)發(fā)育，減少了神經(jīng)前體細(xì)胞和多巴胺能神經(jīng)元的數(shù)量。PFOS誘導(dǎo)了神經(jīng)炎癥，增加了活性氧(ROS)的產(chǎn)生和星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活。PFOS暴露導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡和神經(jīng)突密度降低。

結(jié)論：研究提供了PFOS對人類大腦功能和發(fā)育影響的寶貴見解，并展示了hMO-MPSs在模擬污染物對功能性神經(jīng)障礙影響和進(jìn)行環(huán)境毒素發(fā)育毒性研究方面的潛力。

（三）前景與展望

近年來，中國政府也加大了對類器官技術(shù)的支持力度。通過出臺相關(guān)政策、設(shè)立專項(xiàng)基金等方式，鼓勵企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)開展類器官技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。南方財經(jīng)7月31日電，上海市人民政府發(fā)布加強(qiáng)本市臨床研究體系和能力建設(shè)支持生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)施意見，意見指出推動人工智能、組學(xué)技術(shù)、類器官等前沿技術(shù)在臨床研究中的應(yīng)用。

中國類器官技術(shù)市場同樣具有廣闊的發(fā)展前景。隨著技術(shù)的不斷成熟和政策的持續(xù)支持，預(yù)計未來幾年中國類器官技術(shù)市場將迎來爆發(fā)式增長。同時，中國豐富的臨床樣本資源和龐大的市場需求也將為類器官技術(shù)的發(fā)展提供有力支撐。

附：常用的三大毒理學(xué)數(shù)據(jù)查詢網(wǎng)站

參考文獻(xiàn)：

1.Francesco Faiola,Nuoya Yin, and Renjun Yang. Environmental Toxicology: The Importance of Disease-Specific In Vitro Models. Environment & Health

2.C.Tian, H. Cai, Z. Ao, et al., Engineering human midbrain organoid microphysiological systems to model prenatal PFOS exposure, Science of the Total Environment

Kirkstall Quasi Vivo®類器官芯片微生理系統(tǒng)：又稱為微流體“芯片上器官”系統(tǒng)，具有相互連接的細(xì)胞培養(yǎng)單元，為類器官生長提供更具生理相關(guān)性的體內(nèi)微環(huán)境。通過提供一種近生理的體外模型，模擬細(xì)胞微環(huán)境，具有更完整的結(jié)構(gòu)和功能，解決動物與人類之間的種屬差異，且可在體外模擬多種器官特異性疾病狀態(tài)，反映藥物在體內(nèi)的動態(tài)變化規(guī)律和人體器官對藥物刺激的真實(shí)響應(yīng)，捕捉復(fù)雜的生理學(xué)反應(yīng)，并滿足高通量的要求。它是一個多室流動系統(tǒng)，為類器官培養(yǎng)提供了一個緊湊、易于使用的解決方案，包括2D、3D、屏障，或多器官。在疾病模型，藥物篩選和毒性測試，再生醫(yī)學(xué)和組織工程，發(fā)育生物學(xué)研究，感染與免疫研究，個性化醫(yī)學(xué)，癌癥研究等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。