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使用人体相关模型和新方法学(NAMs)推进药物研发

新方法学(NAMs) 通过优先使用人体相关的模型系统正在重塑药物研发和安全性评估,其不仅可提高预测能力,还可减少对动物模型的依赖。这些方法涵盖体外试验、离体化学检测、离体试验以及计算机模拟(包括通过人工智能和机器学习算法的方法)。这一趋势正被全球监管机构积极推动 。2025年,美国食品药品监督管理局(FDA)宣布了一项路线图,计划逐步淘汰部分动物实验,转而采用体外模型、计算建模和其他相关NAMs。加拿大卫生部(Health Canada)一直致力于推进使用NAMs来支持风险评估的机会,欧洲药品管理局(EMA)也支持对NAMs的监管认可。各监管机构的举措表明,药物研发和安全评价正加速向以人体相关模型为基础的新范式转变。

然而,实施NAMs不仅仅是采用新工具的问题。NAMs的一个关键部分是基于人体组织的体外模型,而其成功应用依赖于能否建立具有生物学相关性的模型体系、可重复的实验流程,以及体外实验数据与人体临床结果之间清晰、可靠的关联。

构建基于坚实生物学基础的体外NAMs

体外NAMs的预测能力取决于对人体生物学的深刻理解,以及在体外系统中精准反映其复杂性的能力。细胞来源、分化策略和培养条件都会直接影响其功能表现、毒性响应以及揭示作用机制的能力。这些因素的波动可能削弱模型的完整性、数据的质量及其在研发决策中的指导价值。因此,开发可靠的NAMs需要定义明确、经过优化的培养条件和标准化的实验流程,以获得具有生理相关性、可放大和可重复的实验结果。

赋能药物研发管线的NAMs开发

基于人体相关性的体外模型正在药物研发的各个阶段发挥越来越重要的作用。作为NAMs的重要组成部分,这些模型能够更早揭示组织特异性的生物学响应,包括药物毒性风险、 结构-活性关系以及结构-毒性关系。通过在可控、具有人体相关性的体外体系中获得功能性数据,研究人员能够在候选药物进入后续开发阶段之前降低研发不确定性。

人源体外组织模型可有效应用于药物研发的多个阶段,包括:

  • 生物标志物的发现与检测
  • 疾病模型构建
  • 毒性作用机制研究及安全性风险筛选
  • 功能评价
  • 免疫调节与炎症反应分析

通过将可放大、器官特异性系统整合到您的研发流程中,您可更早地识别潜在风险、强化决策,并以更高的置信度优化候选药物。

与STEMCELL Technologies合作

随着研究向更具预测性、与人体相关的方法转变,NAMs的开发与应用需要建立在可重复的实验体系、可靠的生物学模型和科学合理的实验设计基础之上。凭借在细胞培养创新领域30多年的专业经验,STEMCELL Technologies可为您的研究提供覆盖多个器官系统的NAM相关模型、培养试剂及完整工作流程,助力构建高质量的体外模型。对于需要进一步技术支持的研究团队,我们的合同研究服务(Contract Research Services)可提供基于优化细胞培养体系和配套工具的检测方法开发,帮助您加速项目推进。

探索我们用于构建人体体外模型的工具,按器官系统分类:

用于NAMs的循环系统工具

循环系统负责将治疗药物输送至全身,也是药物发生脱靶效应的常见部位。人CD34+细胞可用于构建血液毒性、造血分化和移植植入的研究模型,支持在造血和血液疾病(如骨髓增生异常综合征(MDS)、镰状细胞病和血细胞减少症)方面的研究。诱导多能干细胞(iPSC)衍生的心肌细胞和内皮细胞模型可用于心脏毒性评价和疾病模型构建,支持心律失常、心力衰竭及动脉粥样硬化等疾病的药效评价和疾病机制研究。

用于NAMs的胃肠系统工具

消化系统(特别是肠道和肝脏)在药物吸收和代谢中起着核心作用。肠道模型能够评估吸收和首过代谢,而肝脏模型支持对代谢功能、药物性肝损伤(DILI)和细胞色素P450(CYP)介导的药物-药物相互作用的评估。够真实模拟上述生理过程的人体相关模型,对于预测药代动力学特性,以及在研发早期识别并降低潜在风险,具有重要意义。

用于NAMs的免疫学工具

免疫系统在众多治疗领域中发挥着核心作用,从肿瘤免疫治疗到自身免疫性疾病研究均离不开免疫机制的参与。同时,免疫系统也是多种药物不良反应的重要发生部位,例如细胞因子释放和免疫抑制等。人免疫细胞模型可用于评估免疫激活、免疫抑制及免疫调节等生物学效应,同时也是疾病模型构建、药物靶点验证以及免疫毒性评价的重要研究工具,广泛适用于生物制剂和小分子药物的研发。

用于NAMs的肌肉系统工具

骨骼肌和心肌组织是评估靶点相关药效和脱靶毒性的重要模型。对于许多类型的药物而言,心脏毒性是研发过程中需要重点关注的安全性问题,而骨骼肌则可能受到药物引起的代谢异常或神经肌肉副作用的影响。人iPSC衍生的肌肉模型能够评估肌肉组织的收缩功能、结构完整性及细胞应激反应。这些模型还支持对肌肉营养不良和心肌病等疾病的体外模型构建。

用于NAMs的神经系统工具

神经系统对包括神经毒性和周围神经病变在内的脱靶效应高度敏感,因此早期评估至关重要。人体神经细胞模型能够评估神经元活力、功能和网络活性。除了安全性评价外,这些模型还支持对神经退行性疾病、神经发育性疾病、神经精神疾病以及神经炎症性疾病的体外建模,为复杂神经背景下的药物靶点验证和表型筛选提供平台。

用于NAMs的呼吸系统工具

呼吸系统是吸入或全身给药治疗的关键作用部位,也是哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)和肺纤维化等疾病的主要靶器官。人呼吸道和肺泡模型支持对呼吸系统毒性、上皮屏障完整性和炎症反应的评估。这些模型还能够支持在肺部相关背景下的疾病建模和筛选。

用于NAMs的感觉系统工具

皮肤和眼睛是易于获取,但同时也是药物脱靶效应的易感组织,常见的不良反应包括刺激、炎症和组织退变等。人体相关体外模型支持对组织屏障完整性、免疫反应和细胞毒性的评估。这些模型还可以用于皮炎、银屑病和视网膜疾病等病症的体外建模,支持局部外用药、眼科药物以及全身给药药物的研发与评价。

用于NAMs的基质系统工具

基质细胞(包括间充质干细胞及其分化后代)在组织稳态维持、组织修复、纤维化和肿瘤微环境调控中发挥关键作用。其分泌信号和结构支持功能能够影响不同组织对药物的应答。体外基质模型能够研究细胞-细胞和细胞-外基质相互作用,评估其对免疫细胞或上皮细胞行为的调控作用,并开展药物靶点验证,广泛应用于纤维化、肿瘤学及再生医学等研究领域。

用于NAMs的泌尿生殖系统工具

泌尿生殖系统是评估生殖毒性和肾脏清除功能的重要研究对象。肾脏模型可用于评价肾毒性、转运体活性及药物代谢过程,而卵巢和子宫模型则可用于评估生殖安全性,并支持子宫内膜异位症、不孕症等疾病的模型构建。

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