美国政府推动用器官芯片、AI和其他技术取代动物药物和化学测试

美国食品药品监督管理局（FDA）、环境保护署（EPA）和国立卫生研究院（NIH）在2025年春季相继宣布重大政策转变，正式推动从传统动物实验向新替代方法（NAMs）的转换。这一变革以器官芯片技术和人工智能预测模型为核心，有望彻底改变药物安全评估和化学物质检测的标准流程。

波士顿生物技术公司Emulate开发的肝脏芯片在最新测试中表现卓越，对已知引起药物性肝损伤（DILI）的化合物识别准确率达到87%，对不引起该症状的化合物识别准确率更是达到100%。这种微型器官系统已被FDA纳入首个替代动物实验的试点项目，标志着监管机构对新技术的正式认可。

政策转向的科学依据

自1938年以来，FDA一直要求所有药物必须在至少两种不同动物物种上进行安全性测试才能进入人体试验阶段。然而，动物实验的局限性日益显现：约90%在临床前动物试验中显示安全的药物最终在人体试验中失败，往往是因为出现了无法预见的副作用。

约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院药理学家托马斯·哈通指出，这种现象部分源于动物模型与人体生理学之间的根本差异。特别是在癌症、免疫学和脑部疾病领域，动物实验的预测能力更加有限。

（图示）V.Penney/科学；美国国立卫生研究院人类研究替代品和动物研究与测试替代品工作组主任咨询委员会

FDA专员马丁·马卡里在声明中表示："这一举措标志着药物评估的范式转变，对公共健康和伦理都是双赢的结果。"该机构将首先专注于单克隆抗体疗法，因为这类药物通常对动物无效，但在不同物种间可能引发危险的免疫反应。

EPA也在积极推进类似变革，该机构已开始用基于人体细胞的皮肤样本和基于人体流行病学数据的统计预测来替代传统的"六包"动物测试，涵盖皮肤刺激、毒性吸入等多个评估项目。

技术革新推动产业变革

骨髓器官芯片包含真实组织中发现的所有类型的免疫和结构细胞，使其可用于模拟疾病或研究细胞对药物的反应。哈佛大学威斯研究所

器官芯片技术代表了这一变革的核心创新。这些微型装置在塑料芯片上蚀刻出通道，内部排列着人体肝脏、上皮细胞和免疫细胞层，通过类血液流体供养并清除废物，能够模拟真实器官的架构和功能特性。

与传统细胞培养相比，器官芯片和类器官等三维细胞培养技术能够更准确地反映人体器官的复杂性。由于直接使用人体数据和人体细胞，这些方法可能比动物实验更适合预测人体反应。

人工智能技术同样发挥着关键作用。哈通实验室开发的OPERA预测工具基于约1000万个已知化学结构的数据库训练，通过数万亿次化学物质比较，学会预测新化学物质在传统动物实验中的九项测试表现。该算法的预测结果与动物实验结果的一致性达到87%，甚至超过了动物实验本身的重现性。

像这种迷你肠这样的类器官可以从人类干细胞中生长出来，提供全尺寸器官的模型。干细胞

目前正在开发的更新版本基于2.6亿个数据点训练，能以91%的准确率预测新化学物质的4000种特性，包括肝脏毒性和胎儿大脑发育影响等关键指标。

产业响应与全球趋势

这一政策转变引发了生物制药行业的积极响应。曾任诺华制药公司动物合规培训官的兽医师什切潘·巴兰表示："据我所知，目前没有任何大型制药公司不在使用微生理系统技术或机器学习工具。"

3Rs协作组织正在测试九家公司的肝脏模型，包括类器官和器官芯片，通过暴露于已知引起或不引起肝脏毒性的药物组合来评估其性能。该组织计划将数据提交给FDA，协助制定新替代方法的指导原则。

国际层面上，这一趋势同样明显。欧盟委员会计划在明年初发布逐步淘汰化学安全评估中动物实验的路线图，欧洲药品管理局也在考虑是否接受新替代方法数据用于临床试验和药物批准决策。英国健康与安全执行局已宣布，在有经过验证的替代方法可用时，不得在脊椎动物上进行农药测试。

挑战与未来展望

尽管前景光明，但向新替代方法的转换仍面临重大挑战。没有单一的新替代方法能够完全捕捉人体生物学的复杂性，未来的药物测试可能需要结合多种微生理系统和人工智能模型的组合方法。

一些专家担心过早转向临床试验可能带来风险。华盛顿大学兽医科学家萨莉·汤普森-伊里塔尼指出，如果因为没有进行动物模型测试而导致不良结果，可能会使整个领域倒退数十年。

此外，一些亚洲、欧洲和南美国家仍要求药物进行动物测试，这可能阻碍跨国公司完全放弃动物实验。不过，由于大多数国家都跟随FDA的指导，专家们对这些分歧将很快消失持乐观态度。

随着教育培训的加强和国际协调的推进，基于科学进步而非仅仅伦理考量的共识正在形成，这将成为推动研究人员放弃动物实验的更有效动力。