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发布时间：2026/06/09 点击数：20 哪些微生理系统应用场景与美欧英的监管路线图相符？
摘要：英美欧出台减动物试验监管方案，本文梳理七大契合监管路线的微生理系统（MPS）应用场景，依托CN Bio案例解析落地价值。
关键词：微生理系统、MPS、器官芯片、动物实验替代、药物毒理、肝芯片、NAMs、新方法学、药代动力学、FDA
一、英、美、欧相继出台了减少动物试验的的监管路线
动物模型的转化性较差，物种间的差异限制了其预测能力，加之人们对更符合伦理和可持续科学的需求，促使美国食品药品监督管理局（FDA）、英国政府以及欧盟委员会近期相继出台减少动物试验的监管路线图。
图1. 英、美、欧相继出台了减少动物试验的的监管路线。从左到右依次是美国FDA于2026年5月30日发布的《肿瘤药物：生物制剂和偶联产品的简化非临床安全性研究》[1]；欧盟6月1日发布《逐步淘汰动物试验的路线图》[2]；25年11月11日英国公布《替代方法路线图》[3]
这些路线图强调了它们各自致力于尽可能逐步淘汰动物试验，转而采用被称为“新方法论”（NAMs）的创新型非动物方法。但是......
二、在这些不断发展的动物减少框架中，微生理系统又该如何定位呢？
随着全球监管机构转向更明确的使用范围和数据质量标准，微生理系统将成为重要的非临床药物研发工具。
我们将重点关注安全性和药代动力学(PK)领域中微生理系统应用的具体情境--因为监管机构在I期临床试验前会更仔细地审查这些数据包。然而，尽管临床前数据包对疗效证据的要求很低（疗效通常在II期和III期人体试验中进行评估），但它仍然是药物临床试验失败的主要原因。而且，由于II期和III期临床试验也是药物研发中很昂贵的阶段，因此在人体试验前尽早使用微生理系统来降低风险具有战略优势。
CN Bio的案例表明，微生理系统 (MPS)如何支持证据权重(WoE)策略，并在初次人体试验之前实现更早、更可靠的决策。需要注意的是，监管机构并非寻求动物试验的完全替代品，而是寻求能够解答特定决策问题的数据，而微生理系统恰好能够满足这些需求。
应用场景一：用于药物安全性测试的MPS
遇上成因复杂、暗藏隐患的用药风险，MPS能参考人体生理特征，在人体试药前提前把控风险。肝脏是药物代谢关键器官，像淤积型、特异型药物肝损伤，传统体外模型测不透彻；再加上不同动物对药物毒性反应不一样，动物实验做安全评估常有局限。
挑选肝细胞单细胞培养、肝芯片做DILI研究，重点看两点：单次实验能测多少通路指标、细胞培养能维持多久。长效存活、可做单次/反复给药、自带免疫反应的模型，能补上动物实验的数据短板，用药安全测评更靠谱。
应用场景二：预测和理解人类药物性胆汁淤积的机制
药物诱发胆汁淤积，本质是胆汁酸代谢多通路紊乱，也是DILI高发诱因，这类肝损伤大多迁延成慢性病，临床影响不小。目前各类模型很难准确预判该类损伤：动物受物种代谢差异掣肘，传统体外模型又缺四项关键条件：①胆汁酸转运代谢还原度；②长期稳定活性；③全套淤积检测指标；④转录组测序条件，让新药审评与成果转化处处受限。
MPS是规避试验风险的优选，但不同品牌MPS测胆汁淤积的灵敏度参差不齐。2025年Nitsche团队对比试验证实：只有CN Bio的PhysioMimix肝芯片（原代人肝细胞/HepaRG，可准确捕捉波生坦、α-萘基异氰酸酯等致淤积毒物带来的早期病理变化、胆汁酸持续性下降。
正因现有试验短板突出，药监机构慢慢不再盲从动物实验，更看重模型和人体生理的贴合度。高生理还原度的MPS，现已成为新药风控里不可或缺的核心手段。
应用场景三：利用微生理系统预测或研究相互矛盾的体内数据
动物试验和普通体外数据结果“打架”时，不妨先用MPS模型预判人体用药反应，避免后续高额研发踩坑。
不少药物靠着动物数据获批上市，后来却因人体出现严重肝损伤被迫撤市。想控风险要清楚：NAM新型体外模型不用完全复刻人体、也不是为了全盘替代动物实验。跨物种MPS对照，既能优化动物试验方案，数据矛盾时还能筛选出和人体反应更贴近的试验动物。不管FDA规划还是IQ MPS联盟，都提到：动物源MPS是搭建体外体内数据换算体系、夯实模型可信度的关键。
适用跨物种MPS的试验，需要满足四点：细胞长效培养，10天以上功能稳定；能深挖物种毒性差异机理；输出贴合临床的生物标志物；可开展转录组测序。
CN Bio的PhysioMimix实操案例，搭配人、大鼠、犬三种肝MPS做DILI测评，用托卡朋、丁螺环酮、曲格列酮等经典药物（含安全手性异构体），直观展现物种之间肝毒性区别，实打实验证这套体系的灵敏性与落地价值。欢迎点击下载《利用跨物种肝脏MPS DILI检测增强IVIVE》应用说明。
图2. CN Bio的单孔可实现多维度终点指标全覆盖检测
为了展示MPS相对于传统方法的优势，Negi等人（2025），利用PhysioMimix肝脏MPS系统与二维培养（2D）方法，比较了人、猴、狗和大鼠原代肝细胞的功能和药物效应。结果表明，MPS能够维持肝脏微组织的长期功能，并捕捉到简单的二维培养系统无法实现的物种特异性毒性反应。虽然MPS成本更高、通量更低，但与由此产生的深入见解相比，需要进行如此精细研究的药物数量微乎其微。
应用场景四：利用微生理系统预测免疫介导的毒性
CN Bio聚焦监管领域的核心痛点：准确评估单抗、siRNA及细胞基因疗法等新型疗法的人体特异性免疫损伤风险。传统动物模型很难复刻人类专属的免疫反应，无法准确预判这类疗法的免疫介导毒性问题。
对此，CN Bio在FDA认证的肝脏MPS肝损伤检测体系基础上，整合人外周血单核细胞，搭建出具备免疫活性的全新检测系统，可准确捕捉人体特异性炎症、免疫介导的肝损伤机制。我们已通过临床相关抗体完成概念验证，证实该系统能有效检测免疫性肝毒性与细胞因子反应，结果与临床高度契合，且同款技术原理已在肺部模型中成功落地。
该研发方向完全贴合FDA、MHRA新的行业指南。两大监管机构均明确认可动物模型在人类特异性免疫研究中的短板，积极推广新型非动物模型（NAM），以此减少新药研发中的动物实验，提升人体毒性评估的准确度。
应用场景五：利用肝脏微生理系统在体外评价基因毒性和致突变性（遗传毒性）
基因毒性领域是欧盟委员会配套工作人员文件中特别指出需要变革的另一个领域。
目前，临床前药物安全性评估缺乏单一、全面的基因毒性危害识别测试系统。2024年，我们在查尔斯河实验室的合作者（Kopp等人）发表了题为“Liver-on-a-chip model and application development in predictive genotoxicity and mutagenicity of drugs”的论文[4]，该论文介绍了他们利用PhysioMimix技术开发体外模型以弥补基因毒性预测空白的研究成果。他们的研究结果表明，该模型具有稳健的人体代谢活性，并有潜力评估基因毒性危害识别所需的所有终点指标。
肝细胞DNA链断裂（彗星试验）
TK6细胞染色体丢失/损伤（微核试验），
TK6细胞突变（双链测序）
他们的概念验证研究表明，PhysioMimix肝脏MPS具有体外基因毒性危害识别的潜力，为更精简、无动物的临床前药物安全性评估过程铺平了道路。
应用场景六：用于药代动力学和ADME分析的微生理系统
MPS能够实现更可靠的预测，从而直接为剂量选择和进展决策提供依据。
目前有很多适用于小分子药代动力学分析的体外和计算机模拟工具；然而，在需要较长实验窗口的情况下，这些工具往往不足。例如，对于超过一周的清除率研究或酶诱导（通常需要多个给药周期），我们需要新的方法来减少对动物模型的依赖，因为不同物种间代谢和转运的差异限制了动物模型可靠预测人体药代动力学的能力。此外，还需要更复杂的系统来评估肠道和肝脏首过代谢的个体和联合效应，以提高口服生物利用度的预测精度，因为已知动物模型在这方面的预测结果与人体药代动力学预测结果的一致性较差（Musther et al., 2014 ）[5]。
这些悬而未决的问题需要采用不同的方法。互补灌注式肝脏MPS可提供更高的代谢相关性和动态流动条件，从而将性能维持数周之久。它们还能够将人类肠道和肝脏模型连接起来，以模拟首过代谢过程（Abbas等人， 2025）[6]。
新型药物也带来了一系列独特的与药物暴露相关的药代动力学挑战。对于那些靶点高度人源化的药物，例如反义寡核苷酸（ASO），需要采用更贴近人体实际的研究方法。在此，MPS模型可用于解析药物的摄取和递送机制（Majer等人， 2024），并通过基因敲低深入了解其药效学/疗效。
通过将MPS与传统方法结合使用，可以缩小临床前药代动力学数据与临床结果之间的转化差距。这提高了对人体药代动力学的预测能力，使初次人体给药剂量设定更加可靠，同时减少了对动物研究的依赖，因为动物研究的转化价值有限。
应用场景七：疾病建模与疗效
虽然监管机构并非总是要求，但 MPS 可以提供早期人体疗效证据，用于资产优先排序，并有助于避免代价高昂的后期失败。
尽管临床前研究对疗效证据的要求很低，但深入了解后会发现，英国（点击查看）和美国国立卫生研究院（NIH）用于支持减少科学动物实验的大量资金，实际上是为了加速关键疾病模型的开发和验证。在英国，代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH）是五种被特别提及的疾病之一。
在近期的一篇博文中，CN Bio探讨了构建复杂代谢疾病模型（例如MASH和胰岛素抵抗）所面临的挑战。动物物种间的差异以及过于简化的体外系统无法充分复制疾病的病理生理过程，这阻碍了研究进展。博文中包含一些案例研究，展示了如何利用 PhysioMimix 系统构建与人类相关的MPS疾病模型，从而明显提升工作流程，例如MPS数据如何支持Inipharm公司INI-822的成功监管申报。
您可以找到CN Bio已完全验证的疾病模型示例。鉴于人类疾病的数量和多样性，没有一个系统能够针对所有适应症进行预先验证。因此，PhysioMimix Core 的设计注重适应性，允许您针对特定的与人类相关的机制和监管问题配置疾病模型，而不是使用预定义的疾病标签。这种方法符合监管部门向以应用场景为导向、与人类相关的新型替代药物(NAM)转变的趋势，从而降低风险。然而，这种方法降低的是药物因疗效不佳而导致的失败风险，而非安全性风险。
应用场景七：ISTAND计划--深入了解用于药物性肝损伤评估的微生理系统的监管用途
CN Bio与FDA-CDER、NIH-NIEHS和3Rs Collaborative合作，积极参与一项针对商业化肝脏微灌注系统（MPS）的跨品牌监管评估，该评估已被FDA的iSTAND项目接收。这项双盲、多中心研究使用了八种肝脏MPS，包括匹配的肝毒性和非肝毒性化合物，并在临床相关的暴露范围内进行给药。研究采用持续灌注的原代人肝微组织，评估了长期给药过程中肝功能、损伤和代谢能力的变化。所有原始数据均经过独立分析，以便进行透明且标准化的比较，相关研究成果将随后发表。该项目为建立监管信心和推进MPS在药物性肝损伤（DILI）风险评估中的资质认证提供了关键框架。初步数据可在2026年毒理学会会议上展示的海报中查看（下图）。
图3.在监管应用中提升对MPS使用的信心--3Rs协作组织与FDA-CDER跨系统DILI项目。
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图4.CN Bio PhysioMimix Core微流控器官芯片系统
扩展阅读
2.InSphero联合FDA使用肝脏微球对152种药物进行肝脏毒性评估
3.SOT2026回顾｜利用CN Bio肝芯片+PBMCs，重现免疫肝毒
4.SOT2026回顾｜CN Bio肝脏微生理系统：用于先导物优化筛选与探索性毒理学
参考链接
[1]https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/oncology-pharmaceuticals-streamlined-nonclinical-safety-studies-biologics-and-conjugated-products
[2]https://single-market-economy.ec.europa.eu/sectors/chemicals/reach/roadmap-towards-phasing-out-animal-testing_en
[3]https://www.gov.uk/government/news/animal-testing-to-be-phased-out-faster-as-uk-unveils-roadmap-for-alternative-methods
[4]https://cn-bio.com/resource/liver-on-chip-model-and-application-in-predictive-genotoxicity-and-mutagenicity-of-drugs/
[5]https://cn-bio.com/resource/a-primary-human-gut-liver-microphysiological-system-to-estimate-human-oral-bioavailability/
[6]https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/lc/d4lc00504j
本文基于CN Bio公开资料由其中国提供商上海曼博生物整理，用于科研信息分享、实验参考等。上海曼博生物可提供CN Bio PhysioMimix Core微流控器官芯片系统、CN Bio肝芯片、肝脏微生理系统（MPS）、DILI药物性肝损伤研究模型、药物性胆汁淤积研究模型、免疫介导毒性检测系统、基因毒性评价模型、药代动力学和ADME分析相关产品与技术支持，助力新方法学NAMs、动物实验替代、药物安全性评价和监管科学相关研究应用。
