摘 要
類器官是一種在體外由干細(xì)胞或器官祖細(xì)胞誘導(dǎo)分化形成的三維結(jié)構(gòu)的組織類似物，能夠高度模擬體內(nèi)器官的結(jié)構(gòu)與功能，保留遺傳和表觀特征；其具良好的發(fā)展前景，有望推動疾病的臨床研究，因而備受關(guān)注。近年來，類器官逐步被應(yīng)用到臨床試驗(yàn)中，助力新藥研發(fā)。本文將介紹類器官的來源及其在新藥臨床試驗(yàn)中應(yīng)用情況、相關(guān)法律法規(guī)的現(xiàn)況，總結(jié)類器官技術(shù)在新藥臨床試驗(yàn)研究應(yīng)用的進(jìn)展。
類器官（Organoids）是一種在體外對多能干細(xì)胞或器官祖細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)發(fā)育后，包含至少一種細(xì)胞類型的球狀細(xì)胞培養(yǎng)物，具有細(xì)胞增殖分化、自組裝、可長期培養(yǎng)、遺傳穩(wěn)定性等特點(diǎn)。同時(shí)，類器官為多細(xì)胞復(fù)雜性的有機(jī)體，在結(jié)構(gòu)以及功能上高度模擬體內(nèi)器官，在器官發(fā)育、精準(zhǔn)醫(yī)療、再生醫(yī)學(xué)、藥物篩選、基因編輯、疾病建模等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。截至2022年12月，已有小腸、胃、結(jié)腸、肺、膀胱、大腦、肝、胰腺、腎、卵巢、食道、心臟、腫瘤等類器官都相繼被開發(fā)應(yīng)用，極大推動了人類醫(yī)學(xué)發(fā)展。2022年8月，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）首次基于從人類類器官芯片研究中獲得的臨床前療效數(shù)據(jù)，結(jié)合已有的安全性數(shù)據(jù)，批準(zhǔn)了一款治療脫髓鞘疾病的靶向補(bǔ)體C1s蛋白的sutimlimab抗體進(jìn)入臨床試驗(yàn)，這一決定體現(xiàn)了藥物開發(fā)商及美國FDA對類器官研究的信心及認(rèn)可。此外，類器官技術(shù)不僅可以推動新藥研發(fā)，而且可以將其應(yīng)用于臨床實(shí)踐中，指導(dǎo)個體化藥物治療也是類器官技術(shù)的發(fā)展方向之一。本文主要介紹類器官技術(shù)在臨床試驗(yàn)領(lǐng)域相關(guān)應(yīng)用情況，包括臨床試驗(yàn)采用類器官技術(shù)的現(xiàn)狀，其優(yōu)勢與不足，以及相關(guān)法規(guī)監(jiān)管等。
1、 類器官的來源
類器官通常來源于成體干細(xì)胞（ASCs）和多功能干細(xì)胞（PSCs），還包括患者組織來源類器官（PDOs）。ASCs是一種存在于已分化組織器官中的未分化細(xì)胞，其具有更新、增殖及分化潛能，通過向分離的ASCs中添加適當(dāng)?shù)募?xì)胞因子、生長因子等，能夠誘導(dǎo)其定向分化為相對應(yīng)的細(xì)胞類型，以構(gòu)建類器官模型。PSCs包含兩種類型——誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPSCs）及胚胎干細(xì)胞（ESCs），其具有良好的分化潛能及自我更新能力，通過誘導(dǎo)、并根據(jù)細(xì)胞不同分化階段所需的條件對微環(huán)境的模擬進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，能夠?qū)⑵浞只癁楦鞣N類型的細(xì)胞，因而能夠被應(yīng)用于各種類器官的建立。相較于動物來源或細(xì)胞來源的模型，PDOs優(yōu)勢明顯——取樣靈活，構(gòu)建成本相對較低，且能夠很好地保留患者的組織學(xué)、基因及遺傳特征，再現(xiàn)患者的異質(zhì)性，常用于惡性腫瘤的類器官建模，其對藥物反應(yīng)的異質(zhì)性，有助于精準(zhǔn)醫(yī)療的研究和應(yīng)用。
2、 類器官臨床前研究應(yīng)用現(xiàn)狀
類器官技術(shù)在臨床前研究和臨床試驗(yàn)中均有較為廣泛的應(yīng)用，在臨床前研究主要是疾病建模、藥物篩選和藥物研發(fā)等方面。
類器官能夠在體外模擬器官的組織結(jié)構(gòu)及代謝特征，可以誘導(dǎo)疾病發(fā)生或直接對疾病進(jìn)行建模，有助于研究疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制，其中對于腫瘤的建模應(yīng)用較為廣泛，在其他類型的疾病例如感染性疾病、遺傳性疾病等中也有諸多應(yīng)用。PDOs能夠在體外長期穩(wěn)定擴(kuò)增，并能夠很好地保留患者的組織和基因異質(zhì)性，再現(xiàn)患者的治療反應(yīng)，是良好的腫瘤類器官來源，常用于各種類型腫瘤的建模。
癌癥的精準(zhǔn)醫(yī)療一直是全球研究的熱點(diǎn)，基于患者異質(zhì)性的藥物篩選無疑是精準(zhǔn)醫(yī)療的前提。PDOs能夠保留患者的異質(zhì)性，在體外長期穩(wěn)定培養(yǎng)的過程中能夠最大限度地保留原始腫瘤的特征，模擬患者的治療反應(yīng)，因而是用于臨床前藥物篩選及測試的良好的模型。PDOs不僅有利于精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展，而且有助于潛在治療藥物的發(fā)現(xiàn)和臨床前化合物的測試。
藥物的研發(fā)一直是一個是“高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、低回報(bào)”的過程，缺乏合適的動物模型是阻礙研究的重要因素之一。類器官能夠很好地模擬人類器官功能，能夠在尋找新的藥物靶點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)或測試潛在的有效藥物及藥物毒性等方面為研究人員提供幫助，在有限的時(shí)間內(nèi)能夠節(jié)省在人體上測試新藥所耗費(fèi)的時(shí)間與成本，推動新藥的研發(fā)。而近來新提出的類器官芯片（organoids-on-a-chips）技術(shù)，能夠更好地模擬人體系統(tǒng)，再現(xiàn)藥物反應(yīng)，其發(fā)展和應(yīng)用可能為藥物研發(fā)提供極大的便利。
3、 類器官技術(shù)在臨床試驗(yàn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
3.1 類器官技術(shù)在臨床試驗(yàn)中的應(yīng)用
將類器官技術(shù)應(yīng)用于臨床，指導(dǎo)臨床用藥和個體化治療是類器官技術(shù)的發(fā)展方向之一。自2016年起，類器官技術(shù)已被納入臨床試驗(yàn)中，而且呈逐年遞增的趨勢。截至2022-10-14，在FDA官方備案的臨床試驗(yàn)已有151項(xiàng)，其中57項(xiàng)臨床試驗(yàn)分布在歐盟國家，包括愛爾蘭、比利時(shí)、丹麥、德國、法國、荷蘭、瑞典和意大利等；35項(xiàng)位于美國，32項(xiàng)位于中國，6項(xiàng)位于加拿大，6項(xiàng)位于新加坡，5項(xiàng)位于瑞士，10項(xiàng)臨床試驗(yàn)分別位于英國、韓國、以色列和挪威。151項(xiàng)臨床試驗(yàn)中觀察性研究有88項(xiàng)，占58.28%；其余63項(xiàng)是干預(yù)性研究，占41.72%。干預(yù)性研究分為0期、Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期臨床試驗(yàn)和其他干預(yù)性研究，其他干預(yù)性研究包括設(shè)備和行為干預(yù)的試驗(yàn)。63項(xiàng)干預(yù)性研究中有35項(xiàng)是其他干預(yù)性研究，2項(xiàng)是0期臨床試驗(yàn)，2項(xiàng)是Ⅰ期臨床試驗(yàn)，20項(xiàng)是Ⅱ期臨床試驗(yàn)和4項(xiàng)是Ⅲ期臨床試驗(yàn)。類器官應(yīng)用于臨床試驗(yàn)中的適應(yīng)證主要是各種類型腫瘤（圖1），其他腫瘤包括血液系統(tǒng)惡性腫瘤、神經(jīng)內(nèi)分泌癌、肉瘤、黑色素瘤和類癌，其次包括消化系統(tǒng)疾病，如放射性腸炎、炎癥性腸病、腸易激綜合征和小腸結(jié)腸炎等；還涉及囊性纖維化、過敏、不孕癥、膽管炎、慢性阻塞性肺疾病、糖尿病、精神障礙、腎病、罕見性疾病和關(guān)節(jié)炎等其他疾病種類。
3.2 類器官的優(yōu)勢及支持性法規(guī)
相比于傳統(tǒng)的2D細(xì)胞，類器官的優(yōu)勢明顯，它具有接近生理的細(xì)胞組成、組織結(jié)構(gòu)和器官功能，在體外培養(yǎng)中其基因表達(dá)更穩(wěn)定，而且可以進(jìn)行生物轉(zhuǎn)染等技術(shù)操作。盡管2D細(xì)胞模型包含眾多細(xì)胞亞型，在操作上簡易便捷，能夠?qū)Ω鞣N疾病進(jìn)行建模，但其單層細(xì)胞的平面模型結(jié)構(gòu)且缺乏個體異質(zhì)性無疑影響了其試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)世界的一致性。而類器官能夠模擬組織器官的三維結(jié)構(gòu)，在藥物試驗(yàn)中更有利于模擬治療相關(guān)的藥物濃度梯度。2016年，美國國家癌癥研究所宣布停止將NCI60細(xì)胞系用于藥物篩選，這一舉措預(yù)示著細(xì)胞系模型的時(shí)代即將過去。而與動物模型相比，類器官的實(shí)驗(yàn)周期更短，能避免種屬差異帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，臨床相關(guān)性更強(qiáng)。同時(shí)，類器官還有望實(shí)現(xiàn)批量建模，以用于藥物的高通量篩選，有助于新藥的研發(fā)。此外，類器官可用于腫瘤的精準(zhǔn)治療，PDOs保留了原腫瘤的分子和細(xì)胞組成，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測患者的治療反應(yīng)，能為患者制定個性化治療方案提供參考。另外，對于缺乏動物模型的一些罕見性疾病，相關(guān)類器官的研發(fā)有望促進(jìn)新藥的研發(fā)，或?yàn)閾碛信R床安全數(shù)據(jù)的“老藥”申請新適應(yīng)證提供療效證據(jù)。
隨著類器官技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)勢漸顯，國際上對其關(guān)注度提高，新的法律法規(guī)也隨之頒布，以肯定和促進(jìn)類器官在臨床及非臨床試驗(yàn)中的應(yīng)用。2022-06-08，美國眾議院通過了《H.R.7667 - Food and Drug Amendments of 2022》，對《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法》中的藥物開發(fā)相關(guān)條款進(jìn)行了修訂，將法案中的“動物實(shí)驗(yàn)”修訂為“非臨床實(shí)驗(yàn)”。同時(shí)，該法案還首次將器官芯片和微生理系統(tǒng)納入其中，這兩種新興技術(shù)是作為獨(dú)立的藥物非臨床試驗(yàn)評估體系，這彰顯了FDA對在新藥研發(fā)中使用器官芯片的積極態(tài)度。2022-09-29，美國參議院通過的美國食品藥品監(jiān)督管理局現(xiàn)代化法案（FDA Modernization Act 2.0），2022年12月下旬美國總統(tǒng)簽署了這一法案，代表這一法案正式通過。該法案終止對藥物研發(fā)者的“動物實(shí)驗(yàn)強(qiáng)制令”，用“非臨床測試和實(shí)驗(yàn)”取代原先的“動物實(shí)驗(yàn)”，非臨床測試和實(shí)驗(yàn)指體外測試、計(jì)算機(jī)模擬評價(jià)、體外化學(xué)分析法和其他可能包括動物實(shí)驗(yàn)的非人體體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。2022-02-16歐洲議會強(qiáng)調(diào)必須大力投資開發(fā)新的非動物研究方法，如計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)和類器官，以縮短臨床前觀察期，提高研究效率，減少不必要且往往不太可靠的動物實(shí)驗(yàn)。如果不再強(qiáng)制要求動物實(shí)驗(yàn)，類器官作為一種科學(xué)可靠的測試方法，有望替代動物實(shí)驗(yàn)用以進(jìn)行藥物篩選、藥物毒性檢測和藥效評價(jià)。
同樣的，在中國也陸續(xù)有相應(yīng)的支持性法律法規(guī)頒布。2021-12-03，國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心在關(guān)于基因治療產(chǎn)品及針對基因修飾細(xì)胞治療產(chǎn)品的指南中首次納入類器官，并指出類器官能夠評估藥物的有效性和安全性。《基因治療產(chǎn)品非臨床研究與評價(jià)技術(shù)指導(dǎo)原則（試行）》指出：基因治療產(chǎn)品非臨床藥理學(xué)研究中，如果沒有合適的動物模型滿足試驗(yàn)需要，應(yīng)當(dāng)依據(jù)科學(xué)原理開發(fā)相應(yīng)的動物模型或使用更完善的體外試驗(yàn)系統(tǒng)、替代性模型（例如類器官）開展試驗(yàn)。《基因修飾細(xì)胞治療產(chǎn)品非臨床研究技術(shù)指導(dǎo)原則（試行）》指出：針對基因修飾細(xì)胞治療產(chǎn)品，當(dāng)缺少相關(guān)動物模型時(shí)，可采用基于細(xì)胞和組織的模型（如二維或三維組織模型、類器官和微流體模型等）為有效性和安全性的評估提供有用的補(bǔ)充信息。
不同國家的法規(guī)均逐步涉及類器官這一前沿技術(shù)，這些法規(guī)的制定，肯定了類器官技術(shù)在非臨床研究中的意義。類器官作為新興的前沿技術(shù)，其發(fā)展和應(yīng)用有望廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和臨床試驗(yàn)，能夠?yàn)榧膊⊙芯颗c治療助力。
3.3 類器官技術(shù)的不足及其法規(guī)監(jiān)管
類器官作為一項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于臨床，雖然優(yōu)勢明顯，但是也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，與人體正常組織器官相比，大多數(shù)類器官不具備相對完整的血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)。同時(shí)，盡管類器官可用于評價(jià)藥物的藥效，但在共培養(yǎng)模式缺乏的情況下，無法模仿組織器官在體內(nèi)的復(fù)雜相互作用，因而難以預(yù)測藥物對于其他組織器官是否具有毒性，難以估量藥物的總體安全性。其次，類器官的體外培養(yǎng)與構(gòu)建比單一的細(xì)胞系培養(yǎng)需要花費(fèi)更多的時(shí)間和資源，可重復(fù)性和均一性不高，而且并非所有類型的器官及疾病均能成功構(gòu)建相應(yīng)的類器官模型。目前，類器官仍然具有許多不足之處，還需要進(jìn)一步完善與發(fā)展。
針對類器官這一仍在發(fā)展和有待規(guī)范的技術(shù)，一系列與之相關(guān)的法律法規(guī)隨即逐步配套出臺，用以監(jiān)管和規(guī)范其發(fā)展和在臨床試驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用。由于大部分用于臨床試驗(yàn)的PDOs的構(gòu)建均涉及患者組織的取樣，對于人體組織取樣的監(jiān)管就顯得尤為重要。歐洲藥品監(jiān)督管理局（EMA）早在2004年為人體組織和細(xì)胞的捐贈、采購、檢測、加工、保存、儲存和分配制定了質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)法規(guī)。并且在2016年更新了法規(guī)，強(qiáng)調(diào)了尊重人的自由意愿。同時(shí)，2012年《歐洲聯(lián)盟基本權(quán)利憲章》中規(guī)定，未經(jīng)有關(guān)人員自由和知情同意，不得在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行任何干預(yù)。PDOs的取材需要在告知患者所有可能的藥物不良反應(yīng)和相關(guān)試驗(yàn)的流程后，取得患者的書面知情同意方可開展。國際醫(yī)學(xué)科學(xué)組織理事會（CIOMS）在2016年更新了《涉及人的健康相關(guān)國際倫理指南》，對生物樣本入庫知情同意的方式、知情同意書要素、樣本出庫使用等倫理問題提出要求。類器官的采樣涉及道德倫理方面，必須按照相關(guān)的法律法規(guī)要求開展研究。
同樣，國內(nèi)也有相應(yīng)的法規(guī)用以規(guī)范人體組織采樣。2016年原衛(wèi)計(jì)委發(fā)布的《涉及人的生物醫(yī)學(xué)研究倫理審查辦法》中就明確規(guī)定了在開展涉及人的生物醫(yī)學(xué)研究倫理審查時(shí)需要提供審查所需材料，包括知情同意書等文件。2020年6月國家藥品監(jiān)督管理局修訂的《藥物臨床試驗(yàn)質(zhì)量管理規(guī)范》中，明確知情同意書應(yīng)包括臨床試驗(yàn)概況、其他可選的藥物和治療方法及其重要的潛在獲益和風(fēng)險(xiǎn)等共計(jì)20項(xiàng)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了知情同意的重要性。此外，PDOs的構(gòu)建及采樣也有新的規(guī)范。2022年，國內(nèi)首個類器官專家共識《類器官藥物敏感性檢測指導(dǎo)腫瘤精準(zhǔn)治療臨床應(yīng)用專家共識》發(fā)表，首次講述了腫瘤類器官在藥物敏感性檢測的應(yīng)用類型和一般流程。其中指出，PDOs的構(gòu)建涉及人體組織采集和使用，患者必須按照相關(guān)的機(jī)構(gòu)和政府法規(guī)簽署知情同意書。
盡管國內(nèi)外對類器官技術(shù)的立法和監(jiān)管仍然較少，但是在醫(yī)療服務(wù)、藥品器械研發(fā)、生物庫和生物安全等方面的監(jiān)管法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)比較完善。因此，可以利用其他相關(guān)法規(guī)來規(guī)范類器官在基礎(chǔ)臨床試驗(yàn)和新藥研發(fā)中的應(yīng)用，把類器官技術(shù)應(yīng)用和現(xiàn)行的醫(yī)療法規(guī)、規(guī)范進(jìn)行融合，從而建立類器官技術(shù)的相關(guān)立法和標(biāo)準(zhǔn)。
4、 討 論
類器官作為一種在體外培養(yǎng)的具有3D結(jié)構(gòu)的模型，其構(gòu)造類似于體內(nèi)器官，可以模擬人體器官的功能。迄今為止，進(jìn)入臨床開發(fā)階段的在研療法的失敗率高達(dá)90%。然而，利用人類組織構(gòu)建的類器官不僅可以深入了解疾病的發(fā)生機(jī)制，而且能更好地體現(xiàn)人體的治療反應(yīng)，探索潛在可行的治療策略，具有更好的藥物篩選的潛力。但其目前仍面臨一些挑戰(zhàn)，例如缺乏標(biāo)準(zhǔn)的體系來構(gòu)建和評價(jià)類器官，并非所有器官組織均能成功構(gòu)建起類器官模型，同時(shí)其構(gòu)建效率有待提高。同時(shí)，隨著類器官的發(fā)展，針對類器官整個構(gòu)建流程的規(guī)范和監(jiān)管的法律法規(guī)也需要逐步完善。總的來說，類器官模型在未來的癌癥個體化治療、藥物篩選、臨床試驗(yàn)、基因和細(xì)胞治療中具有廣闊應(yīng)用前景。
本文選自：中國臨床藥理學(xué)雜志 第39卷 第13期
作者簡介：何嘉麗，碩士研究生，主要從事藥物Ⅰ期臨床試驗(yàn)研究
通信作者：許重遠(yuǎn)，教授，碩士生導(dǎo)師
作者單位：1. 南方醫(yī)科大學(xué) 南方醫(yī)院 臨床藥學(xué)中心；2.南方醫(yī)科大學(xué) 國家藥品監(jiān)督管理局藥物代謝研究與評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及廣東省新藥篩選重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.軍事醫(yī)學(xué)研究院 毒物藥物研究所 抗毒藥物與毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
