文｜動(dòng)脈網(wǎng)

2025年9月底，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）發(fā)布重磅消息，宣布成立美國首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化類器官建模中心（SOM），未來三年計(jì)劃投入8700萬美元。這很快引起了行業(yè)激烈反響，但在內(nèi)部人士看來，這更像是對FDA新政的有力補(bǔ)充及支撐。

圖1.FDA多次發(fā)布替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)政策

事實(shí)上，從今年年初開始，F(xiàn)DA就一直在全力推動(dòng)類器官芯片替代傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的歷史性變革。先是在1月，F(xiàn)DA官網(wǎng)發(fā)布關(guān)于使用AI技術(shù)支持藥物和生物制品監(jiān)管決策的指南草案，旨在為藥品和生物制品的開發(fā)者和相關(guān)研究者提供使用AI支持監(jiān)管決策的建議；緊接著在4月，F(xiàn)DA又發(fā)布《減少臨床前安全研究中動(dòng)物測試路線圖》，系統(tǒng)性地提出了通過“新方法學(xué)”（NAMs）替代傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的戰(zhàn)略框架。

而在一個(gè)又一個(gè)重磅政策中，不僅讓行業(yè)看到了FDA迫切想要取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的決心，同時(shí)也點(diǎn)燃了類器官芯片這一潛力市場的熱情，與之相關(guān)的突破性成果不斷。

重點(diǎn)聚焦國內(nèi)市場，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2025年上半年，我國類器官領(lǐng)域SCI論文發(fā)表量達(dá)811篇，其中592篇為原創(chuàng)研究，覆蓋《Cell》等頂級期刊，國際影響力持續(xù)攀升。再進(jìn)一步具體到研究層面，2025年7月，東大研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將人類肝臟類器官與人工智能技術(shù)結(jié)合，開發(fā)出全球首個(gè)基于肝臟類器官明場圖像的AI模型“DILITracer”；兩個(gè)月后，希格生科通過與晶泰科技深度合作，率先研發(fā)了針對彌漫性胃癌的全球首款靶向藥 SIGX1094R，值得一提的是，這也是全球首個(gè)基于類器官和AI技術(shù)平臺開發(fā)出的藥物。

不難看出，全球生物醫(yī)藥領(lǐng)域正迎來一場以類器官為核心的技術(shù)革新浪潮，而在此關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，國內(nèi)類器官憑借完善的產(chǎn)業(yè)鏈配套以及在創(chuàng)新技術(shù)環(huán)節(jié)上的原創(chuàng)突破，正站在行業(yè)潮頭，有望率先打開藍(lán)海市場。

FDA為何“偏愛”類器官芯片？

1938年，美國國會(huì)正式通過《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案》，要求藥物上市前，必須通過動(dòng)物體內(nèi)的安全性測試。這被看作是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的開端，而也是從這一刻起，行業(yè)從未停止過要優(yōu)化、減少甚至最終取而代之的討論。

這并非沒有原因，首先從最關(guān)鍵的成功率來看，根據(jù)2021年的一組數(shù)據(jù)指出，旨在評估人體安全性的I期臨床試驗(yàn)，成功率約為50%，也就是說，即便經(jīng)過了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，依舊有一半藥物對人體不安全，而剩下一半藥物，在評估有效性的II期臨床試驗(yàn)中，超過七成以失敗告終。折算下來，每100個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的分子，會(huì)有90個(gè)倒在這兩個(gè)階段，這意味著，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)用于評估藥物安全性和有效性的實(shí)際效果并不理想。

其次是從成本方面考慮。作為非人靈長類動(dòng)物，實(shí)驗(yàn)猴形態(tài)和基因與人類最為接近，因此是應(yīng)用最廣的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對象，但其價(jià)格長期受市場供需關(guān)系影響。據(jù)悉，在2021-2022年，實(shí)驗(yàn)猴曾一度炒到23萬元一只，而一款新藥臨床前研究平均需要用到至少60只實(shí)驗(yàn)猴，這意味著研發(fā)成本將高達(dá)上千萬元。很顯然，絕大多數(shù)醫(yī)藥企業(yè)都很難在前期承擔(dān)如此高昂的投入。

最后是從人道主義來講。據(jù)悉，每年約有1億只脊椎動(dòng)物在世界各地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然近些年科學(xué)家對這些實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行了一定的人文關(guān)懷，比如會(huì)打麻藥來降低實(shí)驗(yàn)過程中的痛苦和不適，但這仍然不夠，不少行業(yè)人士對此還是有較大的抵觸情緒。就比如馬斯克當(dāng)前正在進(jìn)行的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)，在早期就曾因?yàn)楸槐皻⒑镒语柺苄袠I(yè)爭議，為此FDA兩次拒絕其進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)的申請，研究一度被叫停。

不過，雖然動(dòng)物實(shí)驗(yàn)存在著諸多弊端，但在很長一段時(shí)間內(nèi)它仍然是主流，因?yàn)樾袠I(yè)一直沒有找到更合理的替代方案，直到類器官芯片的出現(xiàn)。2022年8月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了全球首個(gè)完全基于類器官芯片研究獲得臨床前數(shù)據(jù)的新藥（NCT04658472）進(jìn)入臨床試驗(yàn)，這標(biāo)準(zhǔn)著類器官芯片替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)首次被官方認(rèn)可。

從這之后，F(xiàn)DA便全力推進(jìn)類器官芯片完全取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。2022年9月，也就是首個(gè)類器官新藥問世的一個(gè)月后，F(xiàn)DA就發(fā)布《現(xiàn)代法案2.0》，明確表示將取消強(qiáng)制要求新藥進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)的法定規(guī)定，允許采用基于人類生物學(xué)的替代方法(如微生理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)模型)進(jìn)行藥物測試；2024年2月，F(xiàn)DA又頒布《現(xiàn)代法案3.0》，鼓勵(lì)類器官、器官芯片等新方法學(xué)(NAMs)在臨床實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用。

那么，F(xiàn)DA為何會(huì)極力推崇類器官呢？

圖2.類器官和器官芯片模型的應(yīng)用 圖源：Rocky S. Tuan等研究者Cell子刊

這還得從它的構(gòu)造來說，所謂“類器官”，其實(shí)是一種利用成體干細(xì)胞、多能干細(xì)胞或組織祖細(xì)胞在體外培養(yǎng)形成的三維細(xì)胞培養(yǎng)物，可模擬真實(shí)器官的結(jié)構(gòu)與功能特征，其顯著優(yōu)點(diǎn)是在于能夠短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建出高度模擬人體內(nèi)真實(shí)情況的體外培養(yǎng)模型，所以在實(shí)驗(yàn)過程中具有明顯的三大特征：一是準(zhǔn)確率高；二是周期短，構(gòu)建特定的類器官芯片模型通常只需幾周到一個(gè)月；三是研發(fā)成本大幅降低，F(xiàn)DA曾估算，使用類器官等替代方法可使單抗藥物研發(fā)成本降低40%以上，并且隨著技術(shù)逐步成熟，這一比例有望攀升至60%甚至是更高。

對此，某藥企研發(fā)主管表示，“在新技術(shù)浪潮和倫理訴求的推動(dòng)下，再疊加相關(guān)政策不斷落地，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯然已不再是唯一選項(xiàng)，類器官芯片正加速成為可靠的替代方案?！?/p>

從概念到應(yīng)用，類器官芯片如今走到哪了？

雖然類器官芯片在近幾年如火如荼，但在不少行業(yè)人士看來，其要完全替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還為時(shí)過早。

這一方面是源于其在技術(shù)層面當(dāng)前還存在很多不足，比如培養(yǎng)類器官的異質(zhì)性、類器官無法模擬真正的人體器官等，這些都限制了其在疾病機(jī)理研究、藥物篩選和精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用的可靠性與普適性。對此，某資深投資人就表示，“類器官就是一個(gè)培養(yǎng)出來的細(xì)胞團(tuán)，既沒有神經(jīng)又沒有血管，也沒有內(nèi)分泌機(jī)制，怎么可能完全替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)兀俊?/p>

另一方面則是基于行業(yè)對于新技術(shù)的不信任感。據(jù)悉，不少藥企明確表示，在替代方案完全成熟之前，自己并不會(huì)真正放棄動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橄啾扔诟哳~的CRO費(fèi)用，臨床失敗的代價(jià)顯然更大。另外，即便FDA真的完全淘汰了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，一些藥企表示也依舊會(huì)進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，以滿足全球其他監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求。

由此可見，類器官在應(yīng)用層面當(dāng)前還存在著諸多弊端，而這剛好是行業(yè)當(dāng)下重點(diǎn)發(fā)力的方向。

以復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建為例，正如前文所說，當(dāng)前類器官往往只能“復(fù)刻”出目標(biāo)器官的少量細(xì)胞類型與簡化版分區(qū)，缺乏完整的多細(xì)胞層級、血管網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)支配以及免疫微環(huán)境，導(dǎo)致其在形態(tài)尺度、功能單元排列和力學(xué)屬性上仍與真實(shí)器官相去甚遠(yuǎn)。所以，當(dāng)下的類器官正在從單一細(xì)胞層面的結(jié)構(gòu)模擬邁向多細(xì)胞、多系統(tǒng)的功能還原。

于是，行業(yè)正在通過多譜系共分化、3D生物打印、動(dòng)態(tài)力學(xué)刺激和體內(nèi)移植自組裝等手段，把缺失的“骨架、管道與信號”逐一補(bǔ)齊，從而真正實(shí)現(xiàn)可灌注、可感知、可修復(fù)的高仿真復(fù)雜結(jié)構(gòu)。比如心臟類器官，研究人員正嘗試將心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞與神經(jīng)元等多譜系細(xì)胞共分化并嵌入3D生物打印的膠原-纖維蛋白支架中，同時(shí)施加節(jié)律性電-力學(xué)刺激，誘導(dǎo)形成可搏動(dòng)的腔室結(jié)構(gòu)。

其次是基于類器官自身的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)?；y題。因?yàn)椴煌瑢?shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的類器官在細(xì)胞來源、培養(yǎng)方案、基質(zhì)選擇等方面存在顯著差異，從而導(dǎo)致批次間變異大、可比性差，難以形成統(tǒng)一的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；與此同時(shí)，受限于培養(yǎng)通量、成本控制、自動(dòng)化水平及長期穩(wěn)定性等弊端，現(xiàn)有類器官生產(chǎn)體系距離真正工業(yè)級規(guī)模仍有數(shù)量級差距，這嚴(yán)重制約了其在臨床實(shí)驗(yàn)的廣泛應(yīng)用。

為此，行業(yè)正全力推動(dòng)自動(dòng)化與機(jī)器人、生物反應(yīng)器以及封閉式生產(chǎn)系統(tǒng)等創(chuàng)新技術(shù)的成熟。重點(diǎn)以機(jī)器人應(yīng)用為例，目前丹望醫(yī)療和創(chuàng)芯國際都已推出相關(guān)平臺，主要是通過自動(dòng)化與機(jī)器人技術(shù)將類器官培養(yǎng)從一個(gè)高度依賴熟練技師的“手藝活”，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)可編程、可追溯、高通量的工業(yè)化流程，在解決“規(guī)模化”產(chǎn)量問題的同時(shí)，也從根本上推動(dòng)了“標(biāo)準(zhǔn)化”進(jìn)程。

最后一點(diǎn)則體現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)節(jié)。截至目前，類器官已成功構(gòu)建心臟、肝臟、腎臟、肺、腦、胃、腸等多種組織器官的基本結(jié)構(gòu)與功能單元，并且絕大多數(shù)當(dāng)前都已實(shí)現(xiàn)血管化和免疫化，正逐步應(yīng)用于疾病建模、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)研究。未來，類器官還將擴(kuò)展至更復(fù)雜、多器官協(xié)同的“類器官芯片”與“數(shù)字孿生”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全身級生理病理模擬；同時(shí)，通過基因編輯、微流控和AI驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，構(gòu)建個(gè)體化、腫瘤特異或罕見病特異的精準(zhǔn)模型。

2025年6月，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院吳慶明教授團(tuán)隊(duì)在《Science》發(fā)表研究，其已利用類胚體技術(shù)，成功模擬了人類心臟和肝臟的早期血管化過程，突破了類器官研究中的關(guān)鍵瓶頸，為研究人類器官發(fā)育和藥物篩選提供了全新工具。

對此，某藥企研發(fā)主管談道，“類器官從實(shí)驗(yàn)研究到臨床應(yīng)用一定是一場漸進(jìn)式革命，它需要解決模型復(fù)雜化、技術(shù)產(chǎn)業(yè)化以及臨床應(yīng)用化等諸多難題，而這都需要不斷地技術(shù)迭代和跨學(xué)科融合與政策協(xié)同的支持。”

潛力市場，誰在領(lǐng)跑？

圖3.全球類器官市場規(guī)模走勢 圖源：Research and Markets

根據(jù)Research and Markets 2025年4月發(fā)布的市場報(bào)告，全球類器官市場將從2024年的11.1億美元增長到2025年的12.6億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到25.8億美元，年復(fù)合增長率約15%。在醫(yī)藥行業(yè)亟需尋找新增長點(diǎn)的當(dāng)下，這無疑是一個(gè)巨大的潛力市場。

但正如絕大多數(shù)創(chuàng)新藥領(lǐng)域一樣，類器官市場仍然被國際巨頭所占據(jù)，包括Thermo Fisher Scientific、Emulate、MIMETAS以及Organovo等，當(dāng)前都已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，其中擁有從培養(yǎng)基、基質(zhì)膠到高內(nèi)涵成像完整閉環(huán)的Thermo Fisher Scientific，2025年類器官相關(guān)收入已超6億美元，市占率全球第一。

再聚焦到國內(nèi)市場，一批新銳也在快速崛起。據(jù)悉，目前我國在類器官領(lǐng)域已有超過10家代表性企業(yè)，具體包括創(chuàng)芯國際、大橡科技、丹望醫(yī)療、艾瑋得、科途醫(yī)學(xué)、伯楨生物等，這些企業(yè)主要在2018年左右成立，絕大多數(shù)當(dāng)前都還處于早期發(fā)展階段。

即便如此，也不能忽視其潛力。以創(chuàng)芯國際為例，2025年5月，其順利完成近億元B輪融資，而這主要得益于其擁有領(lǐng)先的類器官技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化平臺，并且已構(gòu)建并覆蓋類器官全生命周期的技術(shù)生態(tài)體系，其技術(shù)成果在精準(zhǔn)醫(yī)療、新藥研發(fā)等前沿領(lǐng)域已產(chǎn)生巨大應(yīng)用價(jià)值。

另外還有丹望醫(yī)療，2025年8月，由中國科學(xué)院動(dòng)物研究所牽頭、丹望醫(yī)療作為課題三承擔(dān)單位的“復(fù)合類器官系統(tǒng)”成功獲批國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。據(jù)悉，該項(xiàng)目首創(chuàng)跨胚層復(fù)合類器官系統(tǒng)，很好地填補(bǔ)了國際技術(shù)空白，為MetS治療提供了全新研發(fā)平臺。在這背后，無疑驗(yàn)證了丹望醫(yī)療在類器官研究領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)地位與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化實(shí)力。

從未來來看，隨著相關(guān)政策進(jìn)一步落地，再疊加大量創(chuàng)新研究以及強(qiáng)大工業(yè)化能力的支撐，我國類器官市場必定將迎來爆發(fā)式增長，屆時(shí)也將釋放出巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。誰能在這場競爭中脫穎而出，主要取決于誰在技術(shù)壁壘、臨床轉(zhuǎn)化速度、產(chǎn)業(yè)鏈整合能力與合規(guī)布局上率先形成“閉環(huán)優(yōu)勢”。

而這就跟類器官完全替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)一樣，還需要一定時(shí)間的打磨和驗(yàn)證。