摘 要
类器官是一种在体外由干细胞或器官祖细胞诱导分化形成的三维结构的组织类似物，能够高度模拟体内器官的结构与功能，保留遗传和表观特征；其具良好的发展前景，有望推动疾病的临床研究，因而备受关注。近年来，类器官逐步被应用到临床试验中，助力新药研发。本文将介绍类器官的来源及其在新药临床试验中应用情况、相关法律法规的现况，总结类器官技术在新药临床试验研究应用的进展。
类器官（Organoids）是一种在体外对多能干细胞或器官祖细胞进行诱导发育后，包含至少一种细胞类型的球状细胞培养物，具有细胞增殖分化、自组装、可长期培养、遗传稳定性等特点。同时，类器官为多细胞复杂性的有机体，在结构以及功能上高度模拟体内器官，在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都有广泛的应用前景。截至2022年12月，已有小肠、胃、结肠、肺、膀胱、大脑、肝、胰腺、肾、卵巢、食道、心脏、肿瘤等类器官都相继被开发应用，极大推动了人类医学发展。2022年8月，美国食品药品监督管理局（FDA）首次基于从人类类器官芯片研究中获得的临床前疗效数据，结合已有的安全性数据，批准了一款治疗脱髓鞘疾病的靶向补体C1s蛋白的sutimlimab抗体进入临床试验，这一决定体现了药物开发商及美国FDA对类器官研究的信心及认可。此外，类器官技术不仅可以推动新药研发，而且可以将其应用于临床实践中，指导个体化药物治疗也是类器官技术的发展方向之一。本文主要介绍类器官技术在临床试验领域相关应用情况，包括临床试验采用类器官技术的现状，其优势与不足，以及相关法规监管等。
1、 类器官的来源
类器官通常来源于成体干细胞（ASCs）和多功能干细胞（PSCs），还包括患者组织来源类器官（PDOs）。ASCs是一种存在于已分化组织器官中的未分化细胞，其具有更新、增殖及分化潜能，通过向分离的ASCs中添加适当的细胞因子、生长因子等，能够诱导其定向分化为相对应的细胞类型，以构建类器官模型。PSCs包含两种类型——诱导多功能干细胞（iPSCs）及胚胎干细胞（ESCs），其具有良好的分化潜能及自我更新能力，通过诱导、并根据细胞不同分化阶段所需的条件对微环境的模拟进行动态调整，能够将其分化为各种类型的细胞，因而能够被应用于各种类器官的建立。相较于动物来源或细胞来源的模型，PDOs优势明显——取样灵活，构建成本相对较低，且能够很好地保留患者的组织学、基因及遗传特征，再现患者的异质性，常用于恶性肿瘤的类器官建模，其对药物反应的异质性，有助于精准医疗的研究和应用。
2、 类器官临床前研究应用现状
类器官技术在临床前研究和临床试验中均有较为广泛的应用，在临床前研究主要是疾病建模、药物筛选和药物研发等方面。
类器官能够在体外模拟器官的组织结构及代谢特征，可以诱导疾病发生或直接对疾病进行建模，有助于研究疾病发生发展机制，其中对于肿瘤的建模应用较为广泛，在其他类型的疾病例如感染性疾病、遗传性疾病等中也有诸多应用。PDOs能够在体外长期稳定扩增，并能够很好地保留患者的组织和基因异质性，再现患者的治疗反应，是良好的肿瘤类器官来源，常用于各种类型肿瘤的建模。
癌症的精准医疗一直是全球研究的热点，基于患者异质性的药物筛选无疑是精准医疗的前提。PDOs能够保留患者的异质性，在体外长期稳定培养的过程中能够最大限度地保留原始肿瘤的特征，模拟患者的治疗反应，因而是用于临床前药物筛选及测试的良好的模型。PDOs不仅有利于精准医疗的发展，而且有助于潜在治疗药物的发现和临床前化合物的测试。
药物的研发一直是一个是“高投入、高风险、低回报”的过程，缺乏合适的动物模型是阻碍研究的重要因素之一。类器官能够很好地模拟人类器官功能，能够在寻找新的药物靶点、发现或测试潜在的有效药物及药物毒性等方面为研究人员提供帮助，在有限的时间内能够节省在人体上测试新药所耗费的时间与成本，推动新药的研发。而近来新提出的类器官芯片（organoids-on-a-chips）技术，能够更好地模拟人体系统，再现药物反应，其发展和应用可能为药物研发提供极大的便利。
3、 类器官技术在临床试验中的应用现状
3.1 类器官技术在临床试验中的应用
将类器官技术应用于临床，指导临床用药和个体化治疗是类器官技术的发展方向之一。自2016年起，类器官技术已被纳入临床试验中，而且呈逐年递增的趋势。截至2022-10-14，在FDA官方备案的临床试验已有151项，其中57项临床试验分布在欧盟国家，包括爱尔兰、比利时、丹麦、德国、法国、荷兰、瑞典和意大利等；35项位于美国，32项位于中国，6项位于加拿大，6项位于新加坡，5项位于瑞士，10项临床试验分别位于英国、韩国、以色列和挪威。151项临床试验中观察性研究有88项，占58.28%；其余63项是干预性研究，占41.72%。干预性研究分为0期、Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期临床试验和其他干预性研究，其他干预性研究包括设备和行为干预的试验。63项干预性研究中有35项是其他干预性研究，2项是0期临床试验，2项是Ⅰ期临床试验，20项是Ⅱ期临床试验和4项是Ⅲ期临床试验。类器官应用于临床试验中的适应证主要是各种类型肿瘤（图1），其他肿瘤包括血液系统恶性肿瘤、神经内分泌癌、肉瘤、黑色素瘤和类癌，其次包括消化系统疾病，如放射性肠炎、炎症性肠病、肠易激综合征和小肠结肠炎等；还涉及囊性纤维化、过敏、不孕症、胆管炎、慢性阻塞性肺疾病、糖尿病、精神障碍、肾病、罕见性疾病和关节炎等其他疾病种类。
3.2 类器官的优势及支持性法规
相比于传统的2D细胞，类器官的优势明显，它具有接近生理的细胞组成、组织结构和器官功能，在体外培养中其基因表达更稳定，而且可以进行生物转染等技术操作。尽管2D细胞模型包含众多细胞亚型，在操作上简易便捷，能够对各种疾病进行建模，但其单层细胞的平面模型结构且缺乏个体异质性无疑影响了其试验结果与真实世界的一致性。而类器官能够模拟组织器官的三维结构，在药物试验中更有利于模拟治疗相关的药物浓度梯度。2016年，美国国家癌症研究所宣布停止将NCI60细胞系用于药物筛选，这一举措预示着细胞系模型的时代即将过去。而与动物模型相比，类器官的实验周期更短，能避免种属差异带来的实验误差，临床相关性更强。同时，类器官还有望实现批量建模，以用于药物的高通量筛选，有助于新药的研发。此外，类器官可用于肿瘤的精准治疗，PDOs保留了原肿瘤的分子和细胞组成，可以更准确地预测患者的治疗反应，能为患者制定个性化治疗方案提供参考。另外，对于缺乏动物模型的一些罕见性疾病，相关类器官的研发有望促进新药的研发，或为拥有临床安全数据的“老药”申请新适应证提供疗效证据。
随着类器官技术的发展，其优势渐显，国际上对其关注度提高，新的法律法规也随之颁布，以肯定和促进类器官在临床及非临床试验中的应用。2022-06-08，美国众议院通过了《H.R.7667 - Food and Drug Amendments of 2022》，对《联邦食品、药品和化妆品法》中的药物开发相关条款进行了修订，将法案中的“动物实验”修订为“非临床实验”。同时，该法案还首次将器官芯片和微生理系统纳入其中，这两种新兴技术是作为独立的药物非临床试验评估体系，这彰显了FDA对在新药研发中使用器官芯片的积极态度。2022-09-29，美国参议院通过的美国食品药品监督管理局现代化法案（FDA Modernization Act 2.0），2022年12月下旬美国总统签署了这一法案，代表这一法案正式通过。该法案终止对药物研发者的“动物实验强制令”，用“非临床测试和实验”取代原先的“动物实验”，非临床测试和实验指体外测试、计算机模拟评价、体外化学分析法和其他可能包括动物实验的非人体体内实验。2022-02-16欧洲议会强调必须大力投资开发新的非动物研究方法，如计算机模拟实验和类器官，以缩短临床前观察期，提高研究效率，减少不必要且往往不太可靠的动物实验。如果不再强制要求动物实验，类器官作为一种科学可靠的测试方法，有望替代动物实验用以进行药物筛选、药物毒性检测和药效评价。
同样的，在中国也陆续有相应的支持性法律法规颁布。2021-12-03，国家药品监督管理局药品审评中心在关于基因治疗产品及针对基因修饰细胞治疗产品的指南中首次纳入类器官，并指出类器官能够评估药物的有效性和安全性。《基因治疗产品非临床研究与评价技术指导原则（试行）》指出：基因治疗产品非临床药理学研究中，如果没有合适的动物模型满足试验需要，应当依据科学原理开发相应的动物模型或使用更完善的体外试验系统、替代性模型（例如类器官）开展试验。《基因修饰细胞治疗产品非临床研究技术指导原则（试行）》指出：针对基因修饰细胞治疗产品，当缺少相关动物模型时，可采用基于细胞和组织的模型（如二维或三维组织模型、类器官和微流体模型等）为有效性和安全性的评估提供有用的补充信息。
不同国家的法规均逐步涉及类器官这一前沿技术，这些法规的制定，肯定了类器官技术在非临床研究中的意义。类器官作为新兴的前沿技术，其发展和应用有望广泛应用于基础研究和临床试验，能够为疾病研究与治疗助力。
3.3 类器官技术的不足及其法规监管
类器官作为一项新技术应用于临床，虽然优势明显，但是也面临一些挑战。首先，与人体正常组织器官相比，大多数类器官不具备相对完整的血管系统、神经系统和免疫系统。同时，尽管类器官可用于评价药物的药效，但在共培养模式缺乏的情况下，无法模仿组织器官在体内的复杂相互作用，因而难以预测药物对于其他组织器官是否具有毒性，难以估量药物的总体安全性。其次，类器官的体外培养与构建比单一的细胞系培养需要花费更多的时间和资源，可重复性和均一性不高，而且并非所有类型的器官及疾病均能成功构建相应的类器官模型。目前，类器官仍然具有许多不足之处，还需要进一步完善与发展。
针对类器官这一仍在发展和有待规范的技术，一系列与之相关的法律法规随即逐步配套出台，用以监管和规范其发展和在临床试验领域的应用。由于大部分用于临床试验的PDOs的构建均涉及患者组织的取样，对于人体组织取样的监管就显得尤为重要。欧洲药品监督管理局（EMA）早在2004年为人体组织和细胞的捐赠、采购、检测、加工、保存、储存和分配制定了质量和安全标准的相关法规。并且在2016年更新了法规，强调了尊重人的自由意愿。同时，2012年《欧洲联盟基本权利宪章》中规定，未经有关人员自由和知情同意，不得在生物学和医学领域进行任何干预。PDOs的取材需要在告知患者所有可能的药物不良反应和相关试验的流程后，取得患者的书面知情同意方可开展。国际医学科学组织理事会（CIOMS）在2016年更新了《涉及人的健康相关国际伦理指南》，对生物样本入库知情同意的方式、知情同意书要素、样本出库使用等伦理问题提出要求。类器官的采样涉及道德伦理方面，必须按照相关的法律法规要求开展研究。
同样，国内也有相应的法规用以规范人体组织采样。2016年原卫计委发布的《涉及人的生物医学研究伦理审查办法》中就明确规定了在开展涉及人的生物医学研究伦理审查时需要提供审查所需材料，包括知情同意书等文件。2020年6月国家药品监督管理局修订的《药物临床试验质量管理规范》中，明确知情同意书应包括临床试验概况、其他可选的药物和治疗方法及其重要的潜在获益和风险等共计20项，进一步强调了知情同意的重要性。此外，PDOs的构建及采样也有新的规范。2022年，国内首个类器官专家共识《类器官药物敏感性检测指导肿瘤精准治疗临床应用专家共识》发表，首次讲述了肿瘤类器官在药物敏感性检测的应用类型和一般流程。其中指出，PDOs的构建涉及人体组织采集和使用，患者必须按照相关的机构和政府法规签署知情同意书。
尽管国内外对类器官技术的立法和监管仍然较少，但是在医疗服务、药品器械研发、生物库和生物安全等方面的监管法规和标准体系已经比较完善。因此，可以利用其他相关法规来规范类器官在基础临床试验和新药研发中的应用，把类器官技术应用和现行的医疗法规、规范进行融合，从而建立类器官技术的相关立法和标准。
4、 讨 论
类器官作为一种在体外培养的具有3D结构的模型，其构造类似于体内器官，可以模拟人体器官的功能。迄今为止，进入临床开发阶段的在研疗法的失败率高达90%。然而，利用人类组织构建的类器官不仅可以深入了解疾病的发生机制，而且能更好地体现人体的治疗反应，探索潜在可行的治疗策略，具有更好的药物筛选的潜力。但其目前仍面临一些挑战，例如缺乏标准的体系来构建和评价类器官，并非所有器官组织均能成功构建起类器官模型，同时其构建效率有待提高。同时，随着类器官的发展，针对类器官整个构建流程的规范和监管的法律法规也需要逐步完善。总的来说，类器官模型在未来的癌症个体化治疗、药物筛选、临床试验、基因和细胞治疗中具有广阔应用前景。
本文选自：中国临床药理学杂志 第39卷 第13期
作者简介：何嘉丽，硕士研究生，主要从事药物Ⅰ期临床试验研究
通信作者：许重远，教授，硕士生导师
作者单位：1. 南方医科大学 南方医院 临床药学中心；2.南方医科大学 国家药品监督管理局药物代谢研究与评价重点实验室及广东省新药筛选重点实验室；3.军事医学研究院 毒物药物研究所 抗毒药物与毒理学国家重点实验室
