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百余年來,雞、兔、鼠、伴侶動物等多種動物模型推動人類對癌癥的認(rèn)知從蒙昧走向清晰,目前新技術(shù)正在逐步替代部分動物實(shí)驗(yàn),共同助力癌癥研究。 ## 1. 開創(chuàng)階段:雞與兔子的早期奠基實(shí)驗(yàn) 1911年佩頓·勞斯通過攜帶腫瘤的雞實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)勞斯肉瘤病毒,證明癌癥可由比細(xì)菌更小的物質(zhì)引發(fā),開啟腫瘤病毒學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)55年后,87歲的勞斯獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎,成為該獎項(xiàng)最年長獲獎?wù)摺?日本病理學(xué)家山極勝三郎與助手持續(xù)數(shù)月在兔子耳朵涂抹煤焦油,1920年代成功在實(shí)驗(yàn)室誘發(fā)出惡性腫瘤,成為化學(xué)致癌研究的奠基石,曾四次獲諾獎提名均落選,該成果科學(xué)價值遠(yuǎn)超1926年諾獎獲獎的已被證偽的“寄生蟲致癌”研究。 兩項(xiàng)工作共同證明,癌癥是可在實(shí)驗(yàn)室復(fù)制研究的生物學(xué)現(xiàn)象。 ## 2. 異種移植模型:從裸鼠到人源化小鼠進(jìn)階 1968年研究者發(fā)現(xiàn)先天無胸腺、免疫系統(tǒng)缺陷的裸鼠,1969年科學(xué)家成功將人類結(jié)腸癌組織移植到裸鼠體內(nèi),成為人源腫瘤異種移植模型(PDX)的發(fā)展起點(diǎn)。 為解決裸鼠免疫缺陷不徹底、部分腫瘤無法生長的問題,模型逐步迭代出免疫缺陷更徹底的SCID小鼠、NOD-SCID小鼠,最終得到免疫系統(tǒng)幾乎完全失效的NSG小鼠。 NSG小鼠可支撐人源免疫系統(tǒng)重建,前沿的自體人源化模型可重現(xiàn)患者腫瘤-免疫微環(huán)境,預(yù)測免疫藥物耐藥性,是評估免疫療法的關(guān)鍵工具。 ## 3. 基因工程小鼠:可控重現(xiàn)癌癥發(fā)生發(fā)展全過程 針對異種移植模型腫瘤“非自發(fā)生長”的缺陷,基因工程小鼠通過編輯特定基因,讓腫瘤在小鼠體內(nèi)原位發(fā)生發(fā)展,可觀察癌癥演變?nèi)^程。 1980年代分子克隆技術(shù)實(shí)現(xiàn)癌基因轉(zhuǎn)入,證明單原癌基因激活足以驅(qū)動腫瘤發(fā)生;1990年代基因敲除技術(shù)證實(shí)抑癌基因缺失是腫瘤發(fā)生的核心驅(qū)動力;Cre-LoxP條件性調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了特定器官、特定時間的基因編輯,2005年構(gòu)建的KPC胰腺癌模型與人類胰腺癌高度相似。 近年CRISPR技術(shù)將基因工程小鼠構(gòu)建時間從數(shù)年壓縮到數(shù)周/數(shù)月,且擁有完整的共生免疫系統(tǒng),成為研究腫瘤免疫逃逸、免疫治療耐藥的核心工具。 ## 4. 伴侶動物:比較腫瘤學(xué)填補(bǔ)研究鴻溝 狗貓等伴侶動物和人類生活環(huán)境一致,其自發(fā)性腫瘤在基因特征、腫瘤微環(huán)境、免疫完整性上比實(shí)驗(yàn)室小鼠更接近人類,且生命周期短,可快速獲得療法長期預(yù)后。 目前已證實(shí)犬類骨肉瘤、貓類三陰性乳腺癌都與人類對應(yīng)腫瘤分子特征高度相似,犬類研究已經(jīng)推動新型骨肉瘤免疫療法進(jìn)入人類臨床試驗(yàn),2026年《科學(xué)》發(fā)布的家貓腫瘤基因組圖譜,進(jìn)一步證實(shí)貓是三陰性乳腺癌研究的優(yōu)質(zhì)自然模型。 ## 5. 未來方向:新技術(shù)與動物模型互補(bǔ)發(fā)展 隨著類器官、器官芯片、人工智能等新興技術(shù)發(fā)展,“替代、減少、優(yōu)化”的3R原則正推動實(shí)驗(yàn)動物使用變革。 患者來源類器官可2-4周重現(xiàn)腫瘤藥物反應(yīng),支持高通量藥物篩選,已經(jīng)獲FDA推動應(yīng)用;器官芯片可模擬人體生理環(huán)境,用于藥物毒性評估;AI與數(shù)字孿生可結(jié)合類器官,快速篩選藥物方案,推動個體化治療。 目前人類已建立跨物種癌癥研究體系,動物模型是否會被取代仍有待驗(yàn)證。
別再只當(dāng)它們是寵物了,它們在幫人類對抗癌癥
2026-07-06 08:25

別再只當(dāng)它們是寵物了,它們在幫人類對抗癌癥

本文來自微信公眾號: 返樸 ,作者:李娟


雞與兔子的開創(chuàng)實(shí)驗(yàn)


在20世紀(jì)初,癌癥被視為一種自發(fā)的、不可預(yù)測的災(zāi)難,如同上帝擲下的骰子。其生物學(xué)本質(zhì)之謎,正等待科學(xué)家來解開。


1911年,一位農(nóng)婦將一只雞送到了位于紐約的洛克菲勒醫(yī)學(xué)研究所。實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人佩頓·勞斯第一次見到這樣長著巨大腫瘤的巴里茅斯巖雞。他做了一個在當(dāng)時看來近乎瘋狂的實(shí)驗(yàn):將腫瘤組織研磨、過濾——這個濾器足以濾掉所有已知的細(xì)菌——然后將不含細(xì)胞的濾液注射到健康雞體內(nèi)。


幾周后,奇跡發(fā)生了:健康雞也長出了同樣的腫瘤。這證明了癌癥可以由比細(xì)菌更小的物質(zhì)引起。這種物質(zhì)后來被命名為勞斯肉瘤病毒(Rous Sarcoma Virus,RSV)[1]。


然而,這一跨時代的發(fā)現(xiàn)卻遭到了當(dāng)時德國病理學(xué)權(quán)威們的冷嘲熱諷。那時的醫(yī)學(xué)界普遍認(rèn)為,癌癥本質(zhì)上是細(xì)胞內(nèi)部代謝失調(diào)的結(jié)果。因此,勞斯的論文在發(fā)表后幾十年里,從未被主流腫瘤學(xué)界接受。他本人甚至在晚年半開玩笑地說,自己研究的不過是一種“奇怪的雞病”。


直到半個世紀(jì)后,隨著分子生物學(xué)和病毒學(xué)的興起,人們才意識到勞斯發(fā)現(xiàn)的深遠(yuǎn)意義。勞斯肉瘤病毒被證明是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒(一類能將RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA整合進(jìn)宿主基因組的病毒),并開啟了腫瘤病毒學(xué)研究的大門。1966年,他終于獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎,距離最初的發(fā)現(xiàn)整整過去了55年。此時他是87歲高齡,成為該獎項(xiàng)歷史上最年長的獲獎?wù)摺?/p>


圖1:佩頓·勞斯研究巴里茅斯巖雞的肉瘤影像。|圖源:參考文獻(xiàn)[20]


20世紀(jì)初,日本病理學(xué)家山極勝三郎(Katsusaburo Yamagiwa)曾被派往德國學(xué)習(xí)當(dāng)時最前沿的病理學(xué)。他注意到歐洲醫(yī)學(xué)界關(guān)注的一個現(xiàn)象:長期接觸煤焦油的工人,更容易患上皮膚癌。這些零散的臨床觀察,讓他產(chǎn)生了一個大膽的想法——如果環(huán)境中的某些物質(zhì)能夠致癌,那么癌癥或許可以在實(shí)驗(yàn)室中被人為誘導(dǎo)出來。回到東京后,他決定用動物來驗(yàn)證這一設(shè)想。


他與助手市川浩一(Koichi Ichikawa)一起,將煤焦油反復(fù)涂抹在兔子耳朵內(nèi)側(cè),每隔兩三天重復(fù)一次。最初,兔子皮膚只是發(fā)炎、增厚,看起來和那些會自行消退的良性病變并無不同。但山極并沒有停手。如果持續(xù)刺激這些良性變化,它們是否會演變?yōu)榘┌Y?這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)持續(xù)了數(shù)月之久,遠(yuǎn)超當(dāng)時其他研究者的耐心極限。最終,在約五個月后,部分兔子皮膚出現(xiàn)了惡性腫瘤,甚至發(fā)生了轉(zhuǎn)移,這是歷史上第一次用化學(xué)物質(zhì)誘發(fā)出癌癥[2]。


因?yàn)檫@項(xiàng)研究,山極曾于1925年、1926年和1928年三次獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎提名,并于1936年與市川浩一再次共同獲得提名。然而,四次皆遺憾落選。其中,1926年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎授予了約翰尼斯·菲比格(Johannes Fibiger),表彰他發(fā)現(xiàn)“寄生蟲導(dǎo)致癌癥”(后被證偽),卻忽視了山極的更具持久科學(xué)價值的化學(xué)致癌研究,這一事件在當(dāng)時引發(fā)了巨大爭議。


如今,最早的化學(xué)誘發(fā)腫瘤樣本被陳列在東京大學(xué)和北海道大學(xué)的標(biāo)本室中,山極的研究也被《大英百科全書》等權(quán)威文獻(xiàn)列為致癌研究的奠基石之一。


勞斯與山極的工作表明,癌癥是一種可以在實(shí)驗(yàn)室里被復(fù)制、被研究的生物學(xué)現(xiàn)象。但隨之而來的問題是:人類的腫瘤能否在動物身上復(fù)現(xiàn)并進(jìn)行研究呢?


裸鼠模型的進(jìn)階


1962年,蘇格蘭格拉斯哥的一間實(shí)驗(yàn)室里,病毒學(xué)家諾曼·格里斯特(Norman Grist)意外發(fā)現(xiàn)了一只看起來病懨懨、全身無毛的小鼠。這只“丑小鴨”最初被視為遺傳垃圾,直到1968年,希臘科學(xué)家潘泰盧里斯(E.M.Pantelouris)揭示了其秘密:這些“裸鼠”天生缺乏胸腺,無法產(chǎn)生成熟的T細(xì)胞,免疫系統(tǒng)幾乎處于癱瘓狀態(tài)[3]。


這一“缺陷”卻意外成為了癌癥研究的突破口。1969年,丹麥科學(xué)家延斯·里高德(Jens Rygaard)完成了一項(xiàng)歷史性的突破:他將一位74歲結(jié)腸癌患者的腫瘤組織直接移植到裸鼠體內(nèi)。由于缺乏免疫排斥,人類腫瘤竟然在小鼠身上成功扎根并生長[4]。這被視為后來人源腫瘤異種移植模型(Patient-Derived Xenograft,PDX)發(fā)展的重要起點(diǎn),該模型能在一定程度上保留原始腫瘤的基因特征和異質(zhì)性(腫瘤內(nèi)部細(xì)胞的遺傳和功能差異),便于后續(xù)研究。


不過,裸鼠的免疫缺陷其實(shí)并不徹底。它們?nèi)狈細(xì)胞,但仍保留B細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(NK),這意味著許多“免疫敏感型”的人源腫瘤移植后仍然無法穩(wěn)定生長。正因如此,后續(xù)幾十年出現(xiàn)了一條清晰的技術(shù)進(jìn)階路線(表1):


從缺乏T/B細(xì)胞的重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠(Severe Combined Immunodeficiency mouse,SCID),到進(jìn)一步削弱先天免疫的NOD-SCID小鼠,再到免疫系統(tǒng)幾乎完全失效的NSG(NOD-SCID Gamma)小鼠。


隨著免疫療法的興起,傳統(tǒng)裸鼠模型的缺點(diǎn)顯現(xiàn)出來:一個沒有免疫系統(tǒng)的小鼠,無法用于測試以激活免疫系統(tǒng)為目的的藥物。


這時候,NSG小鼠成為關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn),因其免疫缺陷更徹底,對人源細(xì)胞非常寬容,這就為“人源化小鼠(Humanized Mice)”的免疫系統(tǒng)重建提供了最溫和的土壤,人的免疫細(xì)胞得以在NSG小鼠體內(nèi)分化生長,其功能維持?jǐn)?shù)月之久。


目前,自體人源化模型——即同時移植同一患者的腫瘤和免疫細(xì)胞——是最前沿的嘗試,它能重現(xiàn)患者體內(nèi)的腫瘤-免疫微環(huán)境,甚至能預(yù)測免疫藥物在特定患者身上的耐藥性[5],成為評估免疫療法的工具。這在傳統(tǒng)裸鼠中是無法實(shí)現(xiàn)的。


表1:裸鼠及其衍生模型在癌癥研究中的演化與應(yīng)用


雖然PDX模型更接近患者真實(shí)反應(yīng),但其成本高、建模周期長、個體差異大。因此,現(xiàn)代研發(fā)策略一般是組合使用多種研究模型,比如細(xì)胞系模型用于高通量篩選,PDX用于驗(yàn)證真實(shí)療效,評估免疫治療等。


基因工程小鼠的設(shè)計篇章


裸鼠模型雖然實(shí)現(xiàn)了人類腫瘤在動物體內(nèi)的生長,但它解決不了一個根本問題:腫瘤是被“放進(jìn)去”的,而不是在體內(nèi)“長出來”的。癌癥究竟如何從正常細(xì)胞一步步演變而來?這個問題催生了另一類革命性工具:基因工程小鼠模型(Genetically Engineered Mouse Model,GEMM)。


通過有選擇地激活或關(guān)閉特定基因,科學(xué)家可以在完整的生理環(huán)境中,讓腫瘤在小鼠體內(nèi)“原位發(fā)生發(fā)展”,觀察癌癥從無到有甚至發(fā)生轉(zhuǎn)移的全過程。


圖2:臨床前小鼠模型分兩類,上圖為免疫缺陷小鼠的異種移植模型;下圖為基因工程小鼠模型(可快速構(gòu)建,適用于腫瘤發(fā)生機(jī)制及化療/靶向/免疫藥物的測試)。|圖源:參考文獻(xiàn)[19]


20世紀(jì)80年代,分子克隆技術(shù)讓科學(xué)家第一次可以把一個明確的癌基因“寫入”動物體內(nèi)。1984年誕生的OncoMouse,將癌基因置于乳腺特異性啟動子(MMTV)控制下,可使小鼠在特定組織中自發(fā)形成腫瘤[7]。這一實(shí)驗(yàn)表明,激活一個原癌基因(正常情況下調(diào)控細(xì)胞生長,突變后可驅(qū)動腫瘤形成),本身就足以驅(qū)動腫瘤發(fā)生,癌癥開始被視為可以被“設(shè)計”的遺傳事件。


現(xiàn)實(shí)中的癌癥,很少單純因“多”了壞基因激活,更多時候是“少”了某些好基因的保護(hù)。1990年代,胚胎干細(xì)胞介導(dǎo)的同源重組(通過DNA序列的精確匹配實(shí)現(xiàn)基因替換)技術(shù),使“刪除”基因成為可能。最具代表性的是p53基因敲除小鼠的建立:當(dāng)刪除這一“基因組守護(hù)者”,小鼠迅速發(fā)展出多種腫瘤。這一模型奠定了現(xiàn)代腫瘤遺傳學(xué)的另一根支柱——抑癌基因(負(fù)責(zé)抑制異常細(xì)胞增殖,缺失后失去這一保護(hù)機(jī)制)缺失,同樣是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的核心驅(qū)動力[8]。


然而,無論是加一個基因,還是刪一個基因,這些早期模型都存在一個共同問題,它們往往在整個個體中同時發(fā)生改變,甚至導(dǎo)致胚胎無法存活。這與人類癌癥的真實(shí)情況相去甚遠(yuǎn):現(xiàn)實(shí)中的腫瘤,通常起源于某個組織、某個時間點(diǎn)的一小群細(xì)胞。如何讓模型更“像人”?這個問題可使用條件性基因調(diào)控技術(shù)來解決。


圖3:2016年發(fā)表的臨床前研究中不同腫瘤模型使用頻率分布:細(xì)胞系來源模型占82%,基因工程小鼠模型占24%,PDX模型占7%,環(huán)境誘導(dǎo)腫瘤模型占6%;因109項(xiàng)研究使用多種模型,百分比總和超過100%。|圖源:參考文獻(xiàn)[21]


從90年代中期開始,Cre-LoxP等條件性基因調(diào)控系統(tǒng)讓科學(xué)家能夠在特定器官、特定時間激活或關(guān)閉基因。典型代表是2005年的KPC模型[9]:通過在胰腺中精確激活KRAS突變并刪除p53基因,小鼠發(fā)展出與人類高度相似的胰腺癌。


進(jìn)入21世紀(jì)第二個十年,癌癥研究的重心再次轉(zhuǎn)移。隨著靶向治療和免疫治療的興起,基因工程小鼠的獨(dú)特價值凸顯出來。與前述的異種移植模型不同,它們擁有一個完整且與腫瘤共同演化的免疫系統(tǒng)。在這樣的背景下,腫瘤如何逃避免疫監(jiān)視、耐藥如何發(fā)生、T細(xì)胞如何逐漸“耗竭”、免疫治療為何在部分患者中失效,這些問題第一次可以在同一個系統(tǒng)中被系統(tǒng)性地觀察和拆解[10]。


傳統(tǒng)的基因工程小鼠往往需要數(shù)年時間才能構(gòu)建完成,而最近十年的CRISPR技術(shù)的引入,讓這一過程被壓縮到數(shù)周甚至數(shù)月。科學(xué)家可以直接在成年動物體內(nèi),對多個基因進(jìn)行同時編輯,觀察不同的突變組合在腫瘤演化過程中的動態(tài)關(guān)系。


圖4:CRISPR技術(shù)在腫瘤模型構(gòu)建中的應(yīng)用:a.轉(zhuǎn)染小鼠胚胎干細(xì)胞實(shí)現(xiàn)基因編輯,構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠模型;b.利用Cas9及誘導(dǎo)型Cas9小鼠,靶向多種器官進(jìn)行體內(nèi)體細(xì)胞編輯;c-d.編輯細(xì)胞系/類器官獲得各類突變體及組合敲除模型;e.通過CRISPR篩選鑒定腫瘤關(guān)鍵靶點(diǎn)及藥物相關(guān)突變。|圖源:參考文獻(xiàn)[11]


由此可見,基因工程小鼠模型的演進(jìn)路徑,把癌癥從不可控的疾病,轉(zhuǎn)化為可以被構(gòu)建、被拆解、甚至被預(yù)測的生物學(xué)過程。


表2:癌癥臨床前研究中,最具影響力的基因工程小鼠模型演進(jìn)與價值。


來自狗與貓的啟示


基因工程小鼠精確重現(xiàn)了癌癥發(fā)生過程,但它們始終是“實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品”,它們的癌癥是人工誘導(dǎo)的,這與人類在充滿污染、壓力和復(fù)雜環(huán)境下的患癌過程截然不同。


于是,科學(xué)家的目光投向了客廳沙發(fā)上的伙伴:狗和貓。


故事始于1960年代。流行病學(xué)家里查德·多恩(C.Richard Dorn)在加州開展了一項(xiàng)看似笨拙的工作,他走訪每一家獸醫(yī)診所,記錄患癌寵物的病歷。他發(fā)現(xiàn),伴侶動物與人類生活環(huán)境高度相似,共同暴露于相似的毒物、病毒及污染中,甚至患上同樣的癌癥[12]。


圖5:伴侶動物與人類生活環(huán)境高度相似,在類似的外界刺激下,二者通過基因/表觀遺傳改變、代謝異常及免疫相關(guān)變化而發(fā)生腫瘤。|圖源:參考文獻(xiàn)[22]


進(jìn)入基因組時代,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),人類腫瘤與犬類腫瘤在基因密碼上高度相似。比如,青少年常見的惡性骨肉瘤與大型犬(如金毛、羅威納)的骨肉瘤,在分子水平上幾乎無法區(qū)分。通過研究患癌犬,科學(xué)家成功開發(fā)出針對骨肉瘤的新型免疫療法,并已反哺人類臨床試驗(yàn)[13]。更重要的是,由于犬類的生命周期較短,癌癥演化速度快,科學(xué)家可以在2-3年內(nèi)觀察到某種療法的長期預(yù)后,而人類則需要10年以上。


在救治寵物的同時也可以惠及人類,這正是“同一健康”(One Health)理念的體現(xiàn)。


寵物的自發(fā)性腫瘤,在遺傳多樣性、腫瘤微環(huán)境和免疫系統(tǒng)完整性方面,遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室里那些基因完全一致的小鼠更接近人類。2003年,美國國立癌癥研究院(NCI)啟動了比較腫瘤學(xué)項(xiàng)目(Comparative Oncology Program),通過研究不同物種的癌癥,以識別共同的遺傳因素和疾病通路,有助于填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室研究與人類臨床試驗(yàn)之間的巨大鴻溝。


2026年2月,《科學(xué)》雜志發(fā)表了一項(xiàng)迄今為止最詳細(xì)的家貓腫瘤基因組圖譜,為比較腫瘤學(xué)提供了關(guān)鍵證據(jù)。來自英國、美國、加拿大等的國際團(tuán)隊對493個貓腫瘤樣本進(jìn)行了靶向測序,在13個類型的貓腫瘤中發(fā)現(xiàn)了與人類腫瘤高度類似的基因突變。


圖6:貓自發(fā)腫瘤的基因突變。|圖源:參考文獻(xiàn)[14]


值得一提的是,貓乳腺癌通常具有高度侵襲性,且多為激素受體陰性,這使其成為研究人類最難治的乳腺癌類型——三陰性乳腺癌的絕佳自然模型。這項(xiàng)《科學(xué)》發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn),帶有FBXW7突變的乳腺癌貓與人類的預(yù)后特征幾乎一致[14],進(jìn)一步證實(shí)了貓是比較腫瘤學(xué)研究的寶貴模型。


圖7:比較腫瘤學(xué)模型:貓乳腺癌作為人類乳腺癌的類比模型。圖示二者在腫瘤發(fā)生、分子亞型上高度相似,貓中的研究可為人類乳腺癌提供參考,優(yōu)化治療、加速新藥研發(fā)并改善預(yù)后。|圖源:參考文獻(xiàn)[23]


這種“同一醫(yī)學(xué)”的視角正在改變游戲規(guī)則。通過研究寵物的自發(fā)性癌癥,在為它們尋找療法的同時,也能為人類患者提供更具參考價值的臨床前數(shù)據(jù)。


未來還需要動物模型嗎?


除了上述提到的雞、兔、鼠、犬和貓,用于癌癥研究的動物還有斑馬魚、果蠅和豬等。在過去一百多年間,動物模型使得人類癌癥從“不可研究”到“可復(fù)制”,再逐漸標(biāo)準(zhǔn)化,人們對癌癥的認(rèn)知和防治得到大幅提升,動物模型真實(shí)地造福了人類健康。隨著新技術(shù)的整合發(fā)展,未來的癌癥研究是否可以告別動物實(shí)驗(yàn)?


有數(shù)據(jù)顯示,2015年至2020年間,歐盟癌癥研究使用的實(shí)驗(yàn)動物數(shù)量呈下降趨勢,標(biāo)志著癌癥研究正在開啟新模型時代[15]。隨著新興技術(shù)的發(fā)展,3R原則——替代(Replacement)、減少(Reduction)、優(yōu)化(Refinement)正在全球范圍內(nèi)推動實(shí)驗(yàn)動物使用的變革。


首先,患者來源類器官(Patient-Derived Organoids,PDO)是從患者腫瘤組織培養(yǎng)的三維細(xì)胞簇。它們能在2-4周內(nèi)重現(xiàn)患者腫瘤的藥物反應(yīng),顯示出較高的預(yù)測一致性[16]。類器官的重大意義在于其“高通量”特性:科學(xué)家可以在一個384孔板中同時測試數(shù)百種藥物組合,為患者在極短時間內(nèi)篩選出最有效的方案。2022年,F(xiàn)DA開始推動包括類器官在內(nèi)的新型替代方法(NAMs)在藥物研發(fā)中的應(yīng)用[17]。


其次,器官芯片(Organ-on-a-chip)被用來模擬人體生理活動。通過微流控技術(shù),在指甲蓋大小的芯片上模擬人體的血液流動、機(jī)械應(yīng)力和組織界面。例如,“肺芯片”可以模擬呼吸時的肺部舒張,這對于研究肺癌細(xì)胞的侵襲至關(guān)重要。這種技術(shù)為藥物毒性評估提供了更接近體內(nèi)的平臺,有望大幅減少對動物實(shí)驗(yàn)的依賴。


圖8:類器官與器官芯片技術(shù)。(I)多種組織類器官示例;(II)多組織聯(lián)合器官芯片;(III)芯片上人體模型。該體系依托生物醫(yī)學(xué)、材料化學(xué)、微納加工、流體力學(xué)與生物傳感等多學(xué)科,并可與AI大模型融合,支撐精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究。|圖源:參考文獻(xiàn)[24]


人工智能(AI)正在改變藥物發(fā)現(xiàn)的范式?;谏疃葘W(xué)習(xí)的算法可以從數(shù)百萬化合物中預(yù)測潛在的活性分子。更具前瞻性的是數(shù)字孿生(Digital Twin)概念,即為每個患者建立包含基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組等多層次數(shù)據(jù)的計算模型。數(shù)字孿生可與類器官結(jié)合,前者用于快速篩選大量藥物組合,后者用于驗(yàn)證最有希望的方案,被視為未來個體化治療的重要發(fā)展方向之一[18]。


結(jié)語


回望這一百多年的探索,人類已逐步建立起一個跨越物種的癌癥研究體系,從多種角度逼近疾病的本質(zhì),并試圖將其最終攻克。展望未來,動物模型是否會被新興技術(shù)取代,抑或?qū)⒃谶@一不斷擴(kuò)展的研究網(wǎng)絡(luò)中扮演新的角色,仍有待時間給出答案。


參考文獻(xiàn)


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