序：北 京 基 爾 比 生物科技公司主營(yíng)產(chǎn)品

Kilby 多通道3D細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，

Kilby Gravity 微超重力三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，

動(dòng)植物/微生物等地面重力環(huán)境模擬裝置【可以定制】，

Kilby Bio類器官擺動(dòng)式精密灌注搖床，

Kirkstall Quasi Vivo 類器官3D串聯(lián)芯片灌注培養(yǎng)系統(tǒng)

最新發(fā)表于《Nature Reviews Drug Discovery》的綜述文章 Published online: 12 November 2025，系統(tǒng)闡述了人類類器官在藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值、核心方法、實(shí)際應(yīng)用、現(xiàn)存挑戰(zhàn)及監(jiān)管前景，為該技術(shù)在藥物研發(fā)中的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了全面參考。

一、類器官技術(shù)核心概述

定義與本質(zhì)

類器官是源自干細(xì)胞（多能干細(xì)胞或組織干細(xì)胞）的 3D 結(jié)構(gòu)，能重現(xiàn)對(duì)應(yīng)組織的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和功能特征，比傳統(tǒng) 2D 細(xì)胞系更貼近人體生理，且克服了動(dòng)物模型的物種差異和倫理問題。

主要生成方法

1. 多能干細(xì)胞（PS 細(xì)胞）衍生法：需模擬胚胎發(fā)育的分步譜系特化，從 iPS 細(xì)胞或 ES 細(xì)胞出發(fā)，經(jīng)數(shù)周至數(shù)月培養(yǎng)，可生成腦、視網(wǎng)膜、肝等多種器官的類器官。

2. 組織干細(xì)胞（TSC）衍生法：直接從活檢樣本或原代組織獲取干細(xì)胞，無需譜系特化步驟，僅需支持性生長(zhǎng)因子，數(shù)天至數(shù)周即可建立，適用于腸道、氣道等含活躍干細(xì)胞的組織。

3. 基因編輯整合：可通過 CRISPR 技術(shù)向類器官引入疾病相關(guān)突變，或修正患者來源類器官的缺陷基因，用于機(jī)制研究和藥物測(cè)試。

與傳統(tǒng)模型的對(duì)比優(yōu)勢(shì)

二、類器官在藥物發(fā)現(xiàn)中的核心應(yīng)用

2.1疾病建模

類器官已成功應(yīng)用于多種疾病建模，為藥物研發(fā)提供精準(zhǔn)病理模型：

1. 遺傳性疾?。?/strong>如囊性纖維化（CF），患者來源類器官可通過腫脹實(shí)驗(yàn)評(píng)估 CFTR 調(diào)節(jié)劑療效，且與臨床結(jié)果高度相關(guān)；還有原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙、α1 - 抗胰蛋白酶缺乏癥、多囊腎病等。

2. 代謝性疾病：如代謝功能障礙相關(guān)脂肪性肝炎（MASH），類器官可重現(xiàn)脂質(zhì)積累、炎癥等核心表型，用于篩選降脂和抗炎藥物；還包括家族性高膽固醇血癥、線粒體 DNA 耗竭綜合征等。

3. 慢性炎癥疾?。?/strong>如炎癥性腸病（IBD），通過類器官與免疫細(xì)胞共培養(yǎng)，可研究 T 細(xì)胞介導(dǎo)的上皮損傷機(jī)制；還有乳糜瀉、慢性阻塞性肺疾?。–OPD）等。

4. 感染性疾病：可支持隱孢子蟲、諾如病毒、寨卡病毒（ZIKV）、SARS-CoV-2 等病原體的完整生命周期，用于研究感染機(jī)制和篩選抗病物。

5. 癌癥：患者來源腫瘤類器官（PDTOs）能保留原發(fā)腫瘤的組織學(xué)、遺傳學(xué)特征，可用于藥物敏感性測(cè)試、耐藥機(jī)制研究，已建立胃癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌等多種癌癥的類器官生物庫。

2.2 藥物安全性評(píng)估：類器官可模擬多器官毒性反應(yīng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)毒性測(cè)試的不足：

1. 肝臟毒性：能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)藥物誘導(dǎo)的肝損傷（DILI），如曲格列酮、對(duì)乙酰氨基酚等已知肝毒性藥物的評(píng)估，且對(duì)代謝介導(dǎo)的毒性更敏感。

2. 腎臟毒性：可重現(xiàn)順鉑、慶大霉素等藥物誘導(dǎo)的急性腎損傷，通過 KIM1 等標(biāo)志物量化毒性程度。

3. 胃腸道毒性：基于回腸類器官的檢測(cè)方法預(yù)測(cè)藥物誘導(dǎo)腹瀉的準(zhǔn)確率達(dá) 90%，還能研究多柔比星等藥物的腸道損傷機(jī)制。

4. 中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性：可揭示長(zhǎng)春新堿、紫杉醇等藥物對(duì)腦發(fā)育的影響，以及抗抑郁藥的劑量依賴性神經(jīng)損傷。

5. 心臟毒性：能模擬多柔比星誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡、纖維化和線粒體功能障礙，且比 2D 模型更易檢測(cè) ATP 消耗和心跳異常。

2.3 藥物吸收與代謝研究

肝臟類器官：表達(dá) I 相（如 CYP3A4）和 II 相藥物代謝酶及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可用于研究藥物生物轉(zhuǎn)化和膽汁排泄。

1. 腸道類器官：通過 2Dtranswell 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)運(yùn)研究，能區(qū)分高 / 低通透性化合物，且可誘導(dǎo) CYP 酶活性用于代謝研究。

2. 腎臟類器官：部分模型已實(shí)現(xiàn)有機(jī)陽離子 / 陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體的功能性表達(dá)，為藥物腎排泄評(píng)估提供工具。

2.4 個(gè)性化醫(yī)療應(yīng)用

患者來源類器官（PDOs）可反映個(gè)體基因背景差異，實(shí)現(xiàn) “精準(zhǔn)藥敏測(cè)試"。例如 CF 患者的腸道類器官能預(yù)測(cè)其對(duì) CFTR 調(diào)節(jié)劑的應(yīng)答，腫瘤類器官可指導(dǎo)化療、靶向治療甚至 CAR-T 療法的個(gè)性化選擇。

三、技術(shù)優(yōu)化與進(jìn)階平臺(tái)

3.1 現(xiàn)存挑戰(zhàn)的解決方案

1. 復(fù)雜性提升：通過共培養(yǎng)整合血管內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、神經(jīng)元等成分，構(gòu)建 “類器官芯片" 或 “組裝體"，模擬組織微環(huán)境的多細(xì)胞相互作用。

2. 培養(yǎng)體系改良：開發(fā)無基質(zhì)膠培養(yǎng)系統(tǒng)（如 Yersinia invasin 涂層 transwell）、微流控技術(shù)，改善營(yíng)養(yǎng)輸送和藥物接觸的均一性。

3. 標(biāo)準(zhǔn)化與自動(dòng)化：借助機(jī)器人液體處理、微孔陣列、生物打印等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)類器官的批量生成和高通量篩選，提升實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性。

3.2 進(jìn)階平臺(tái)類型

1. 類器官芯片：整合微流控技術(shù)，模擬體內(nèi)流體剪切力和多器官間的系統(tǒng)通訊，用于多器官毒性和藥物代謝研究。

2. 免疫類器官：將自體組織駐留 T 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等整合進(jìn)上皮類器官，用于研究免疫療法的療效和脫靶毒性。

3. 多器官聯(lián)合平臺(tái)：如肝 - 心、腸 - 肝 - 腎等多器官類器官聯(lián)用系統(tǒng)，模擬藥物在體內(nèi)的全身代謝和跨器官毒性。

四、監(jiān)管現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

4.1 監(jiān)管進(jìn)展

1. 政策支持：美國(guó) FDA 通過《FDA 現(xiàn)代化法案 2.0》和 3.0，明確非動(dòng)物模型在藥物研發(fā)中的合法地位，計(jì)劃逐步淘汰單克隆抗體等藥物的動(dòng)物測(cè)試。

2. 認(rèn)可路徑：FDA 推出 “替代方法計(jì)劃"，OECD 提供《良好體外方法規(guī)范》等指南，為類器官等新方法的監(jiān)管資格認(rèn)定提供框架。

3. 行業(yè)協(xié)作：跨行業(yè)聯(lián)盟與監(jiān)管機(jī)構(gòu)合作，制定類器官的表征、驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)其作為 “新方法學(xué)（NAMs）" 納入監(jiān)管申報(bào)。

4.2 核心監(jiān)管挑戰(zhàn)

1. 模型資格認(rèn)定：需針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景（如某類藥物的肝毒性測(cè)試）證明類器官的可靠性和相關(guān)性。

2. 可重復(fù)性與標(biāo)準(zhǔn)化：不同實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)方案、細(xì)胞來源差異可能導(dǎo)致結(jié)果不一致，需建立統(tǒng)一操作規(guī)范。

3. 成本與技術(shù)門檻：類器官培養(yǎng)耗時(shí)且依賴專業(yè)設(shè)備，中小企業(yè)推廣難度較大，需簡(jiǎn)化流程并降低成本。

五、結(jié)論與未來展望

類器官技術(shù)為藥物發(fā)現(xiàn)提供了 “人體相關(guān)、高通量、可個(gè)性化" 的創(chuàng)新平臺(tái)，在疾病建模、安全性評(píng)估和個(gè)性化醫(yī)療中展現(xiàn)出不可替代的價(jià)值。

未來需重點(diǎn)突破三大方向：一是提升模型復(fù)雜性（如血管化、免疫整合）和成熟度，二是建立標(biāo)準(zhǔn)化的培養(yǎng)、表征和數(shù)據(jù)分析流程，三是推動(dòng)監(jiān)管體系完善，實(shí)現(xiàn)類器官在藥物研發(fā)全流程的規(guī)?；瘧?yīng)用。隨著技術(shù)迭代，類器官有望成為連接基礎(chǔ)研究與臨床轉(zhuǎn)化的核心工具，推動(dòng)藥物研發(fā)向更精準(zhǔn)、高效、倫理的方向發(fā)展。

附：Kirkstall Quasi Vivo 串聯(lián)多器官芯片共培養(yǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用

Kirkstall Quasi Vivo 串聯(lián)多器官芯片共培養(yǎng)系統(tǒng)作為融合微流控技術(shù)與類器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)的創(chuàng)新平臺(tái)，憑借 “近生理微環(huán)境模擬"+“多器官動(dòng)態(tài)互聯(lián)"+“高兼容性與可操作性" 等核心優(yōu)勢(shì)，在疾病建模、藥物研發(fā)、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著應(yīng)用價(jià)值。

一、疾病機(jī)制研究：從 “單器官病理" 到 “多器官協(xié)同致病" 的深度解析

當(dāng)前類器官研究多聚焦于單一器官的病理模擬，而 Kirkstall Quasi Vivo 系統(tǒng)的 “多器官串聯(lián)" 特性，可重構(gòu)體內(nèi)器官間的物質(zhì)交換與信號(hào)通訊，為復(fù)雜疾病（尤其是涉及多器官受累的慢性疾?。┑臋C(jī)制研究提供全新視角。

（一）代謝性疾病的跨器官關(guān)聯(lián)研究

（二）神經(jīng)退行性疾病的 “外周 - 中樞" 交互機(jī)制探索

（三）腫瘤轉(zhuǎn)移的多器官定植模型構(gòu)建

二、藥物研發(fā)：從 “單一器官毒性" 到 “全身代謝 - 毒性" 的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)

傳統(tǒng)藥物研發(fā)中，基于 2D 細(xì)胞或動(dòng)物模型的安全性評(píng)估常因 “種屬差異"“缺乏多器官代謝交互" 導(dǎo)致臨床轉(zhuǎn)化失敗（如肝毒性藥物在動(dòng)物模型中未顯現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)）。Kirkstall Quasi Vivo 系統(tǒng)可模擬藥物在人體內(nèi)的吸收、分布、代謝、排泄（ADME）全過程，結(jié)合多器官類器官的功能特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物 “全身代謝 - 毒性" 的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

（一）藥物代謝與毒性的跨器官聯(lián)動(dòng)評(píng)估

（二）個(gè)性化藥物敏感性測(cè)試的臨床轉(zhuǎn)化

三、再生醫(yī)學(xué)：從 “類器官培育" 到 “功能性組織移植" 的技術(shù)突破

類器官的臨床應(yīng)用瓶頸之一是 “體外培養(yǎng)的類器官難以達(dá)到體內(nèi)組織的成熟度與功能完整性"，而 Kirkstall Quasi Vivo 系統(tǒng)通過模擬體內(nèi)生理微環(huán)境（如流體剪切力、細(xì)胞間信號(hào)通訊），可顯著提升類器官的成熟度，同時(shí)為 “類前的功能評(píng)估" 提供平臺(tái)，推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)從實(shí)驗(yàn)室走向臨床。

（一）功能性肝類器官的體外成熟與移植前評(píng)估

（二）復(fù)雜組織工程產(chǎn)品的體外功能驗(yàn)證

四、免疫相關(guān)疾病研究：從 “靜態(tài)細(xì)胞互作" 到 “動(dòng)態(tài)免疫應(yīng)答" 的全景模擬

免疫相關(guān)疾?。ㄈ?IBD、腫瘤免疫、感染性疾?。┑暮诵氖?“免疫細(xì)胞與靶器官細(xì)胞的動(dòng)態(tài)互作"，傳統(tǒng)靜態(tài)共培養(yǎng)難以模擬體內(nèi)免疫細(xì)胞的遷移、活化及信號(hào)傳遞過程。Kirkstall Quasi Vivo 系統(tǒng)可通過流體循環(huán)模擬免疫細(xì)胞的歸巢過程，結(jié)合多器官串聯(lián)實(shí)現(xiàn) “免疫應(yīng)答 - 靶器官損傷 - 全身炎癥" 的全景模擬。

（一）炎癥性腸病（IBD）的動(dòng)態(tài)免疫損傷模型

（二）感染性疾病的 “免疫防御 - 器官損傷" 機(jī)制研究

Kirkstall Quasi Vivo 串聯(lián)多器官芯片共培養(yǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，本質(zhì)是 “從模擬體內(nèi)生理環(huán)境到解析復(fù)雜生命過程，從輔助研究工具到推動(dòng)臨床轉(zhuǎn)化" 的跨越。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化（如更高通量的模塊設(shè)計(jì)、更精準(zhǔn)的微環(huán)境調(diào)控）、與其他技術(shù)（如單細(xì)胞測(cè)序、AI 數(shù)據(jù)分析）的融合，以及監(jiān)管體系的逐步完善，該系統(tǒng)有望在疾病機(jī)制研究、藥物研發(fā)、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大突破，成為連接基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用的核心平臺(tái)，最終推動(dòng)生命科學(xué)研究進(jìn)入 “精準(zhǔn)化、人性化、無動(dòng)物實(shí)驗(yàn)" 的新時(shí)代。

友 情 通 知：

北京基爾比生物科技有限公司& Kirkstall Quasi Vivo 串聯(lián)多器官芯片&Kilby 微超重力模擬系統(tǒng)將參展2025年11月29日舉行的北京細(xì)胞生物學(xué)會(huì)2025學(xué)術(shù)年會(huì)，敬請(qǐng)關(guān)注！

Kirkstall Quasi Vivo®類器官串聯(lián)芯片3D灌流培養(yǎng)系統(tǒng)