01.29 2026
026年1月20日，《Cell Stem Cell》期刊上发表了一篇题为“Challenges and opportunities for human Organ Chips in FDA assessments and pharma pipelines” IF=20.4的前瞻性文章，探讨了人类器官芯片在 FDA 药物评估与制药研发流程中面临的挑战与机遇。
2025年4月，美国食品药品监督管理局（FDA）宣布计划在未来3至5年内，通过采用新型方法学（NAMs）替代新药监管审批中的动物实验要求，其中就包括人体器官芯片（Organ Chip）微流控培养技术和类器官。
尽管各大药企早已在实验室中悄悄探索这些新技术，却从未真正将其纳入核心研发管线。动物实验，这个延续了75年的药物研发基石，正面临前所未有的挑战。
FDA的愿景能否实现？器官芯片是否真的准备就绪？来自哈佛大学威斯生物启发工程研究所通过自己15年的研发与商业化经验，为我们揭示了这一技术背后的挑战与机遇。
图1. 美国食品药品监督管理局（FDA）提出的监管科学新方法（NAMs）过渡方案示意图
NAMs包括人体器官芯片、类器官和计算方法，如计算机模拟 药代动力学/药效学建模和使用人工智能（AI）。其目标是单独使用或联合使用这些方法，逐步取代药物监管审批过程中的动物试验。
人类器官芯片是一种微流控培养设备，内部排列着在动态流体下培养的人类细胞。它们能重建组织-组织界面，模拟血管灌注，纳入循环或常驻免疫细胞，重现活体器官主要功能单元内的物理微环境，从而复制器官层面的生理状态、药物反应和疾病状态。
这些芯片中使用的细胞可直接来源于患者组织，也可从成体干细胞衍生的类器官中分离，甚至利用诱导多能干细胞。
器官芯片技术最初在大学和研究医院实验室中诞生，科研人员至今仍在不断创新，构建具有新功能的模型。但每个实验室通常采用不同设计，即使是同一实验室的科学家使用自制的定制设备，也可能得到不同结果。
由于器官芯片和类器官使用患者来源细胞而非已建立的细胞系，加上各实验室对细胞供体筛选标准的不同，实验内部和实验之间的变异性也大相径庭。
因此，这类系统无法在不同机构之间系统化使用——换言之，在药物研发或监管评估领域，它们尚未准备好进入“黄金时段”。
图2. 人类肝脏芯片及其整合至药物开发流程的方案
(A) 双通道人肝芯片示意图
(B) 关于将肝脏芯片整合至监管申报工作流程的模型提案
尽管FDA主要关注安全性评估，但制药公司同样关注在人类相关模型中证明药物疗效和识别新治疗靶点，因为这是动物模型经常失败的领域。它们也对药物作用机制和毒性机制感兴趣。
习惯是很难改变的。说服制药研究人员接受器官芯片等人类新方法的一大挑战是，他们整个职业生涯（过去的75年）都在使用已建立的细胞系和近交系动物，这些模型在实验间产生高度相似的结果。
当他们看到使用不同供体细胞构建的器官芯片存在更大变异性时，这引发了严重担忧。然而现实是，这种变异性恰恰是人体临床试验中所观察到的。
此外，器官芯片能模拟动态药物暴露、组织间相互作用，甚至多器官联动，这是静态培养或类器官难以实现的。它不仅能预测毒性，还能在更贴近人体的环境中评估药效，尤其对于抗体、RNA疗法等高度人源化的新型药物具有重要意义。
图3. 人类器官芯片与动物及细胞系作为人类生物学与药物发现模型的比较
如果FDA是正确的，未来几年内越来越多的动物模型可以被人类器官芯片和其他新方法取代。
通过使用患者自身的细胞构建芯片，可在用药前测试其反应，尤其有助于罕见病或癌症患者的治疗方案选择。一项研究显示，利用癌症患者细胞构建的芯片，能在两周内预测其对化疗药物的反应，远快于传统类器官培养。
更进一步的愿景是“翻转研发流程”：先利用芯片在数百名虚拟患者中筛选出最可能响应的亚群，再针对该群体开展小而精的临床试验。这将大幅降低研发成本、缩短时间，并显著提高成功率。
真正的颠覆将是彻底改变当前人类临床试验的进行方式。器官芯片不会一夜之间取代所有动物实验，但FDA与NIH的政策转向已释放出明确信号：更人类化、更精准、更伦理的药物研发时代正在到来。
对于制药行业，这是挑战也是机遇；对于患者，这意味着更安全、更有效的药物有望更快问世；而对于科学研究，这是一扇窥探人体内部运作的全新窗口。
尽管前路仍有标准、成本、技术整合等障碍，但方向已然清晰，现在正是宣布变革的正确时机！
