中外类器官在环境毒理的应用（中脑类器官为例）

（一）产业化方面

44岁的贝克罗莱那大学教授Wilson描述了体外生物再生的第一次尝试，他证明了分离的海绵细胞可以自我组织以再生整个生物体，从1907年至今，类器官的发展历程不断获得突破。

类器官技术的产业化方面国外起步较早，多家知名的类器官技术公司相继诞生，如美国的HesperosInc. 英国的Kirkstall Ltd. 美国并陆续将人体器官芯片送往外太空进行实验，以观察地球重力对脑细胞及其认知功能的影响。其中有企业也成功将类器官技术应用于新药研发、疾病诊断等领域，并取得了显著成果。

相较于国外，中国在类器官技术的产业化方面起步较晚。直到2019年前后，中国才相继出现以研发类器官试剂，类器官构建等工业企业。

（二）科研方面-环境毒理

中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室关于《环境毒理学中疾病特异性体外模型重要性》的文章，发表于2023年12月。

文章摘要与核心观点

体外模型：环境毒理学是研究环境化学物质对人类健康的影响，考虑已有疾病的人群对环境污染物的敏感性可能更高，传统的疾病特异性动物模型存在种间差异，可能无法准确模拟人类疾病。体外模型对于模拟疾病和评估毒理学至关重要，可以更接近地复制整个生物体的环境条件和复杂性。

疾病特异性2D iPSC模型：iPSCs（诱导多能干细胞）能够分化为人体中的多种细胞类型。通过重编程成人细胞，避免使用人类胚胎的伦理问题。可用于疾病建模、潜在治疗开发和药物测试。

疾病特异性类器官模型（Organoids）：类器官是实验室中培养的3D器官或组织的微型版本。包含多种细胞类型，能够自我组织形成类似原始器官的结构。可用于研究癌症、神经退行性疾病和遗传疾病。

疾病特异性器官芯片模型（Organ-on-a-Chip）：微流控细胞培养装置，复制人类器官和组织的结构和功能。与传统的单层细胞培养不同，器官芯片创建3D组织结构，更接近体内环境。可用于高通量药物筛选、毒理学研究和疾病建模。

结论：尽管人类基础和动物模型的互补使用是理想的，但体外生物工程疾病模型有望加速药物开发、降低成本，并提高研究的临床转化。

美国印第安纳大学，辛辛那提儿童医院医学中心使用《人类中脑类器官微生理系统来模拟产前全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露影响》的研究文章，发表于2024年7月。

文章摘要与核心观点

PFOS是一种在多种环境中检测到的合成化学物质，与人类中枢神经系统(CNS)的功能障碍有关。但是，由于缺乏相关的人类模型，PFOS暴露的神经毒理学在很大程度上尚未得到充分研究。本研究报道了生物工程化的人类中脑类器官微生理系统(hMO-MPSs)，以模拟胎儿大脑对多种同时发生的PFOS暴露条件的反应。研究了PFOS暴露对神经活动、神经发育、神经炎症的影响，并使用神经功能、解剖和分子测试来评估PFOS的神经毒性。

主要发现：PFOS暴露对hMOs的神经活动有初始的增加和随后的减少效应。PFOS暴露损害了神经发育，减少了神经前体细胞和多巴胺能神经元的数量。PFOS诱导了神经炎症，增加了活性氧(ROS)的产生和星形胶质细胞的激活。PFOS暴露导致神经元凋亡和神经突密度降低。

结论：研究提供了PFOS对人类大脑功能和发育影响的宝贵见解，并展示了hMO-MPSs在模拟污染物对功能性神经障碍影响和进行环境毒素发育毒性研究方面的潜力。

（三）前景与展望

近年来，中国政府也加大了对类器官技术的支持力度。通过出台相关政策、设立专项基金等方式，鼓励企业和科研机构开展类器官技术的研发和应用。南方财经7月31日电，上海市人民政府发布加强本市临床研究体系和能力建设支持生物医药产业发展的实施意见，意见指出推动人工智能、组学技术、类器官等前沿技术在临床研究中的应用。

中国类器官技术市场同样具有广阔的发展前景。随着技术的不断成熟和政策的持续支持，预计未来几年中国类器官技术市场将迎来爆发式增长。同时，中国丰富的临床样本资源和庞大的市场需求也将为类器官技术的发展提供有力支撑。

附：常用的三大毒理学数据查询网站

参考文献：

1.Francesco Faiola,Nuoya Yin, and Renjun Yang. Environmental Toxicology: The Importance of Disease-Specific In Vitro Models. Environment & Health

2.C.Tian, H. Cai, Z. Ao, et al., Engineering human midbrain organoid microphysiological systems to model prenatal PFOS exposure, Science of the Total Environment

Kirkstall Quasi Vivo®类器官芯片微生理系统：又称为微流体“芯片上器官”系统，具有相互连接的细胞培养单元，为类器官生长提供更具生理相关性的体内微环境。通过提供一种近生理的体外模型，模拟细胞微环境，具有更完整的结构和功能，解决动物与人类之间的种属差异，且可在体外模拟多种器官特异性疾病状态，反映药物在体内的动态变化规律和人体器官对药物刺激的真实响应，捕捉复杂的生理学反应，并满足高通量的要求。它是一个多室流动系统，为类器官培养提供了一个紧凑、易于使用的解决方案，包括2D、3D、屏障，或多器官。在疾病模型，药物筛选和毒性测试，再生医学和组织工程，发育生物学研究，感染与免疫研究，个性化医学，癌症研究等领域被广泛应用。