序：北 京 基 爾 比 生物科技公司主營產品

Kilby 多通道3D細胞培養系統，

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Kirkstall Quasi Vivo 類器官3D串聯芯片灌注培養系統

最新發表于《Nature Reviews Drug Discovery》的綜述文章 Published online: 12 November 2025，系統闡述了人類類器官在藥物發現領域的應用價值、核心方法、實際應用、現存挑戰及監管前景，為該技術在藥物研發中的規模化應用提供了全面參考。

一、類器官技術核心概述

定義與本質

類器官是源自干細胞（多能干細胞或組織干細胞）的 3D 結構，能重現對應組織的關鍵結構和功能特征，比傳統 2D 細胞系更貼近人體生理，且克服了動物模型的物種差異和倫理問題。

主要生成方法

1. 多能干細胞（PS 細胞）衍生法：需模擬胚胎發育的分步譜系特化，從 iPS 細胞或 ES 細胞出發，經數周至數月培養，可生成腦、視網膜、肝等多種器官的類器官。

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

3. 基因編輯整合：可通過 CRISPR 技術向類器官引入疾病相關突變，或修正患者來源類器官的缺陷基因，用于機制研究和藥物測試。

與傳統模型的對比優勢

二、類器官在藥物發現中的核心應用

2.1疾病建模

類器官已成功應用于多種疾病建模，為藥物研發提供精準病理模型：

1. 遺傳性疾病：如囊性纖維化（CF），患者來源類器官可通過腫脹實驗評估 CFTR 調節劑療效，且與臨床結果高度相關；還有原發性纖毛運動障礙、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脂肪性肝炎（MASH），類器官可重現脂質積累、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. 慢性炎癥疾病：如炎癥性腸病（IBD），通過類器官與免疫細胞共培養，可研究 T 細胞介導的上皮損傷機制；還有乳糜瀉、慢性阻塞性肺疾病（COPD）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）能保留原發腫瘤的組織學、遺傳學特征，可用于藥物敏感性測試、耐藥機制研究，已建立胃癌、結直腸癌、胰腺癌等多種癌癥的類器官生物庫。

2.2 藥物安全性評估：類器官可模擬多器官毒性反應，彌補傳統毒性測試的不足：

1. 肝臟毒性：能準確預測藥物誘導的肝損傷（DILI），如曲格列酮、對乙酰氨基酚等已知肝毒性藥物的評估，且對代謝介導的毒性更敏感。

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

3. 胃腸道毒性：基于回腸類器官的檢測方法預測藥物誘導腹瀉的準確率達 90%，還能研究多柔比星等藥物的腸道損傷機制。

4. 中樞神經系統毒性：可揭示長春新堿、紫杉醇等藥物對腦發育的影響，以及抗抑郁藥的劑量依賴性神經損傷。

5. 心臟毒性：能模擬多柔比星誘導的心肌細胞凋亡、纖維化和線粒體功能障礙，且比 2D 模型更易檢測 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 I 相（如 CYP3A4）和 II 相藥物代謝酶及轉運蛋白，可用于研究藥物生物轉化和膽汁排泄。

1. 腸道類器官：通過 2Dtranswell 系統實現雙向轉運研究，能區分高 / 低通透性化合物，且可誘導 CYP 酶活性用于代謝研究。

2. 腎臟類器官：部分模型已實現有機陽離子 / 陰離子轉運體的功能性表達，為藥物腎排泄評估提供工具。

2.4 個性化醫療應用

患者來源類器官（PDOs）可反映個體基因背景差異，實現 “精準藥敏測試"。例如 CF 患者的腸道類器官能預測其對 CFTR 調節劑的應答，腫瘤類器官可指導化療、靶向治療甚至 CAR-T 療法的個性化選擇。

三、技術優化與進階平臺

3.1 現存挑戰的解決方案

1. 復雜性提升：通過共培養整合血管內皮細胞、免疫細胞、神經元等成分，構建 “類器官芯片" 或 “組裝體"，模擬組織微環境的多細胞相互作用。

2. 培養體系改良：開發無基質膠培養系統（如 Yersinia invasin 涂層 transwell）、微流控技術，改善營養輸送和藥物接觸的均一性。

3. 標準化與自動化：借助機器人液體處理、微孔陣列、生物打印等技術，實現類器官的批量生成和高通量篩選，提升實驗可重復性。

3.2 進階平臺類型

1. 類器官芯片：整合微流控技術，模擬體內流體剪切力和多器官間的系統通訊，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 細胞、巨噬細胞等整合進上皮類器官，用于研究免疫療法的療效和脫靶毒性。

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

四、監管現狀與挑戰

4.1 監管進展

1. 政策支持：美國 FDA 通過《FDA 現代化法案 2.0》和 3.0，明確非動物模型在藥物研發中的合法地位，計劃逐步淘汰單克隆抗體等藥物的動物測試。

2. 認可路徑：FDA 推出 “替代方法計劃"，OECD 提供《良好體外方法規范》等指南，為類器官等新方法的監管資格認定提供框架。

3. 行業協作：跨行業聯盟與監管機構合作，制定類器官的表征、驗證標準，推動其作為 “新方法學（NAMs）" 納入監管申報。

4.2 核心監管挑戰

1. 模型資格認定：需針對特定應用場景（如某類藥物的肝毒性測試）證明類器官的可靠性和相關性。

2. 可重復性與標準化：不同實驗室的培養方案、細胞來源差異可能導致結果不一致，需建立統一操作規范。

3. 成本與技術門檻：類器官培養耗時且依賴專業設備，中小企業推廣難度較大，需簡化流程并降低成本。

五、結論與未來展望

類器官技術為藥物發現提供了 “人體相關、高通量、可個性化" 的創新平臺，在疾病建模、安全性評估和個性化醫療中展現出不可替代的價值。

未來需重點突破三大方向：一是提升模型復雜性（如血管化、免疫整合）和成熟度，二是建立標準化的培養、表征和數據分析流程，三是推動監管體系*，實現類器官在藥物研發全流程的規模化應用。隨著技術迭代，類器官有望成為連接基礎研究與臨床轉化的核心工具，推動藥物研發向更精準、高效、倫理的方向發展。

附：Kirkstall Quasi Vivo 串聯多器官芯片共培養系統的應用

Kirkstall Quasi Vivo 串聯多器官芯片共培養系統作為融合微流控技術與類器官串聯芯片培養的創新平臺，憑借 “近生理微環境模擬"+“多器官動態互聯"+“高兼容性與可操作性" 等核心優勢，在疾病建模、藥物研發、再生醫學等領域展現出顯著應用價值。

一、疾病機制研究：從 “單器官病理" 到 “多器官協同致病" 的深度解析

當前類器官研究多聚焦于單一器官的病理模擬，而 Kirkstall Quasi Vivo 系統的 “多器官串聯" 特性，可重構體內器官間的物質交換與信號通訊，為復雜疾病（尤其是涉及多器官受累的慢性疾病）的機制研究提供全新視角。

（一）代謝性疾病的跨器官關聯研究

（二）神經退行性疾病的 “外周 - 中樞" 交互機制探索

（三）腫瘤轉移的多器官定植模型構建

二、藥物研發：從 “單一器官毒性" 到 “全身代謝 - 毒性" 的精準預測

傳統藥物研發中，基于 2D 細胞或動物模型的安全性評估常因 “種屬差異"“缺乏多器官代謝交互" 導致臨床轉化失敗（如肝毒性藥物在動物模型中未顯現風險）。Kirkstall Quasi Vivo 系統可模擬藥物在人體內的吸收、分布、代謝、排泄（ADME）全過程，結合多器官類器官的功能特性，實現對藥物 “全身代謝 - 毒性" 的精準預測。

（一）藥物代謝與毒性的跨器官聯動評估

（二）個性化藥物敏感性測試的臨床轉化

三、再生醫學：從 “類器官培育" 到 “功能性組織移植" 的技術突破

類器官的臨床應用瓶頸之一是 “體外培養的類器官難以達到體內組織的成熟度與功能完整性"，而 Kirkstall Quasi Vivo 系統通過模擬體內生理微環境（如流體剪切力、細胞間信號通訊），可顯著提升類器官的成熟度，同時為 “類前的功能評估" 提供平臺，推動再生醫學從實驗室走向臨床。

（一）功能性肝類器官的體外成熟與移植前評估

（二）復雜組織工程產品的體外功能驗證

四、免疫相關疾病研究：從 “靜態細胞互作" 到 “動態免疫應答" 的全景模擬

免疫相關疾病（如 IBD、腫瘤免疫、感染性疾病）的核心是 “免疫細胞與靶器官細胞的動態互作"，傳統靜態共培養難以模擬體內免疫細胞的遷移、活化及信號傳遞過程。Kirkstall Quasi Vivo 系統可通過流體循環模擬免疫細胞的歸巢過程，結合多器官串聯實現 “免疫應答 - 靶器官損傷 - 全身炎癥" 的全景模擬。

（一）炎癥性腸病（IBD）的動態免疫損傷模型

（二）感染性疾病的 “免疫防御 - 器官損傷" 機制研究

Kirkstall Quasi Vivo 串聯多器官芯片共培養系統的應用，本質是 “從模擬體內生理環境到解析復雜生命過程，從輔助研究工具到推動臨床轉化" 的跨越。未來，隨著技術的進一步優化（如更高通量的模塊設計、更精準的微環境調控）、與其他技術（如單細胞測序、AI 數據分析）的融合，以及監管體系的逐步*，該系統有望在疾病機制研究、藥物研發、再生醫學等領域實現更大突破，成為連接基礎研究與臨床應用的核心平臺，最終推動生命科學研究進入 “精準化、人性化、無動物實驗" 的新時代。

友 情 通 知：

北京基爾比生物科技有限公司& Kirkstall Quasi Vivo 串聯多器官芯片&Kilby 微超重力模擬系統將參展2025年11月29日舉行的北京細胞生物學會2025學術年會，敬請關注！

Kirkstall Quasi Vivo®類器官串聯芯片3D灌流培養系統