无实验鼠生物技术
⑤ 细胞培养、类器官、器官芯片……替代动物实验的三大方案

[비즈한국] 为弥补新药开发过程中的伦理问题及传统动物实验的局限性，动物替代试验法（NAMs）研究正被引入产业现场。为了减少或替代动物个体的使用，细胞培养技术、类器官（器官类似物）、器官芯片（Organ-on-a-chip）等正得到广泛应用。

替代鲎血的“细胞培养”技术

为保护因种群数量减少而急需保护的海洋生物——鲎，相关的替代技术也在积极开发中。从鲎血中提取的变形细胞溶解物（Amebocyte Lysate）在疫苗、体内植入医疗器械、肉毒杆菌毒素制剂等的生产过程中，被用于确认是否含有可能引发致命发热或休克的“内毒素污染”。

特别是受新冠疫情影响，疫苗需求激增，加上生物医药及美容、医疗器械产业的增长，每年有数十万只鲎被捕获用于生物医学用途的采血。然而，据报道，采血后部分个体出现死亡或繁殖能力下降等生态影响。

由于过度捕捞导致种群数量锐减，世界自然保护联盟（IUCN）已将部分鲎列为濒危物种。因此，以欧盟（EU）为中心，鲎替代试验法的使用正在扩大。特别是美国纽约州通过了一项法案，从今年起分阶段削减商业捕捞限额，并从2029年起全面禁止以商业和生物医学为目的的鲎捕捞。

在海外，法国的生物梅里埃（bioMérieux）和瑞士的龙沙（Lonza）等公司已将利用基因重组技术的rFC及rCR内毒素检测法商业化。虽然其优势在于无需牺牲鲎即可生产检测原料，但若要应用于产业现场，还存在需要针对标准内毒素以外的物质补充验证数据的局限。重组蛋白类内毒素检测法仅混合使用了部分人工合成因子，与现有的鲎血基检测法相比，在反应性和检测方式上不可避免地存在差异。

这对制药及生物企业来说是一种负担。据了解，由于需要重新设计质量管理（QC）流程的标准作业程序（SOP），其成本负担高于现有检测法。这也是尽管多国药典（药品规格标准书）已将其列为替代试验法，但在实际现场应用度依然较低的原因。

在韩国，CellWeaver公司正基于细胞培养技术开发内毒素检测原料。

CellWeaver开发出了一项技术，能够在24天内将培养难度极大的鲎变形免疫细胞增殖1000倍以上。CellWeaver代表Cho Gun-sik解释道：“仅从一只鲎身上采集的血液，即可生产出供约1000只用量的内毒素检测原料。”该公司还开发了专用的冷冻保存剂，可将敏感的变形细胞长期保存，存活率达95%以上。据称，通过此技术，在长期培养后，内毒素检测所需的核心因子表达仍能保持稳定。

Cho代表表示：“直接培养鲎血液内的核心免疫细胞，供应相同的原料，因此能够维持原有方式的检测能力。内部测试结果显示，与全球市场排名前两位的查尔斯河实验室（Charles River）或龙沙公司的产品相比，灵敏度相同，甚至更为出色。”他强调：“目前，为获得官方认可并满足监管标准，正在国家毒理学研究所进行正式的验证程序。”

大熊制药、新罗杰（SillaJen）、Kangstem Biotech……以“类器官”技术加速研发

类器官是将人体干细胞等进行3D培养，实现与人体器官相似结构和功能的3D细胞模型。与传统的平面2D细胞培养方式不同，它具有立体结构，能够模拟人体的生理特性及细胞间的相互作用。

虽然目前在完全复现全身免疫反应或复杂的血流网络方面尚有局限，但它被认为是能够减少动物实验中出现的种间差异的有力替代方案。

特别是通过在将新药候选物质投给动物之前，预先预测人体器官层面的药物功效和毒性反应，预计将为大幅减少初期筛选过程中使用的实验动物数量做出贡献。

大熊制药也正在推动类器官技术的内部化。本月28日，该公司从隶属于食品医药品安全处的食品医药品安全评价院获得了毒性评价用肝类器官技术。大熊制药计划利用复现了人体肝组织和胆汁排出结构的类器官，在非临床阶段更精确地提前评估新药候选物质的肝毒性，从而提高研发（R&D）效率。

大熊制药相关人士解释道：“虽然难以公开该技术的具体灵敏度、特异性等数值，但它不仅能进行简单的细胞存活率评估，还能多角度验证白蛋白分泌能力、AST（天冬氨酸氨基转移酶）、ALT（丙氨酸氨基转移酶）等主要肝功能及损伤指标，显示出接近实际人体环境的预测能力。”

公司的目标是扩大类器官的应用范围。虽然目前仅获取了毒性评价技术，但计划通过结合各种疾病建模类器官技术，将应用领域扩展到新药候选物质的有效性及药效评估。大熊制药相关人士表示：“也计划积极探讨引入具备全球竞争力的外部优秀平台技术等开放式创新方案。”

新罗杰（SillaJen）在去年10月从美国食品药品监督管理局（FDA）获得抗癌药候选物质‘BAL0891’的联合临床试验方案（IND）变更批准过程中，应用了类器官模型。该公司仅提交了基于类器官的临床前研究数据，而非动物实验数据，证明了联合疗法的临床妥当性。业内将其评价为仅凭类器官数据获得FDA IND变更批准的罕见案例。

Kangstem Biotech构建了皮肤类器官模型等，并将其应用于化妆品及皮肤疾病治疗药物的功效评估和筛选。据公司说明，传统人造皮肤因缺乏血管或免疫系统的结构局限，难以预测药物反应结果，而基于干细胞的Kangstem Biotech类器官模型包含血管和免疫系统，能够复现特应性皮炎或皱纹等正常皮肤出现的反应，并将其视觉化。

Kangstem Biotech业务开发本部长（常务）Eo Hae-kwan表示：“目标是面向全球制药公司进行技术出口。目前已与1家全球制药公司及2家韩国制药生物企业签订合同，正在开展CRO业务。”

复现人体器官环境的“器官芯片”

器官芯片（Organ-on-a-chip）是将人体器官结构和功能实现在基于微流控技术的芯片上的下一代动物替代试验法。由于能够基于人类细胞分析药物反应，因此被关注有望提高初期候选物质筛选和毒性评价的准确度。

如果说类器官专注于利用干细胞制造与器官相似的3D结构，那么器官芯片的特点在于为细胞实现类似血流的流动、机械刺激、药物移动环境等，从而更精密地复现实际人体内的反应。

在全球市场，Emulate和CN Bio等公司正将器官芯片平台商业化，并扩大与制药公司的共同研究。Emulate开发了基于微流控的平台，利用头发丝粗细的微细管道控制液体，复现人体器官结构和功能，提供肝脏、肠道、肺等多种器官模型；CN Bio也正将PhysioMimix平台用于肝毒性评估和药物代谢研究。

韩国国内也在进行器官芯片技术开发。T&R Biofab正基于3D生物打印技术开展组织复现及器官芯片相关研究，BioSolvics公司也正在推动开发模拟人体器官环境的生物模仿平台。

不过，器官芯片目前仍面临标准化和确保监管接受度等挑战。不同企业及研究机构实现的器官结构、细胞组成和流体环境各不相同，因此尚未建立起比较试验结果的共同标准。此外，为了应用于制药公司的大规模候选物质筛选，还需要推进平台的标准化、构建量产体系以及确保成本竞争力。