中外類器官在環境毒理的應用（以中腦類器官為例）

（一）產業化方面
44歲的貝克羅萊那大學教授Wilson描述了體外生物再生的第一次嘗試，他證明了分離的海綿細胞可以自我組織以再生整個生物體，從1907年至今，類器官的發展歷程不斷獲得突破。
 
類器官技術的產業化方面國外起步較早，多家知名的類器官技術公司相繼誕生，如美國的HesperosInc. 英國的Kirkstall Ltd. 美國并陸續將人體器官芯片送往外太空進行實驗，以觀察地球重力對腦細胞及其認知功能的影響。其中有企業也成功將類器官技術應用于新藥研發、疾病診斷等領域，并取得了顯著成果。
 
相較于國外，中國在類器官技術的產業化方面起步較晚。直到2019年前后，中國才相繼出現以研發類器官試劑，類器官構建等工業企業。
（二）科研方面-環境毒理
中國科學院生態環境研究中心環境化學與生態毒理學國家重點實驗室關于《環境毒理學中疾病特異性體外模型重要性》的文章，發表于2023年12月。
 
文章摘要與核心觀點
體外模型：環境毒理學是研究環境化學物質對人類健康的影響，考慮已有疾病的人群對環境污染物的敏感性可能更高，傳統的疾病特異性動物模型存在種間差異，可能無法準確模擬人類疾病。體外模型對于模擬疾病和評估毒理學至關重要，可以更接近地復制整個生物體的環境條件和復雜性。
 
疾病特異性2D iPSC模型：iPSCs（誘導多能干細胞）能夠分化為人體中的多種細胞類型。通過重編程成人細胞，避免使用人類胚胎的倫理問題�？捎糜诩膊〗�模、潛在治療開發和藥物測試。
疾病特異性類器官模型（Organoids）：類器官是實驗室中培養的3D器官或組織的微型版本。包含多種細胞類型，能夠自我組織形成類似原始器官的結構。可用于研究癌癥、神經退行性疾病和遺傳疾病。
疾病特異性器官芯片模型（Organ-on-a-Chip）：微流控細胞培養裝置，復制人類器官和組織的結構和功能。與傳統的單層細胞培養不同，器官芯片創建3D組織結構，更接近體內環境�？捎糜诟咄�量藥物篩選、毒理學研究和疾病建模。
結論：盡管人類基礎和動物模型的互補使用是理想的，但體外生物工程疾病模型有望加速藥物開發、降低成本，并提高研究的臨床轉化。
 
美國印第安納大學，辛辛那提兒童醫院醫學中心使用《人類中腦類器官微生理系統來模擬產前全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露影響》的研究文章，發表于2024年7月。
文章摘要與核心觀點
PFOS是一種在多種環境中檢測到的合成化學物質，與人類中樞神經系統(CNS)的功能障礙有關。但是，由于缺乏相關的人類模型，PFOS暴露的神經毒理學在很大程度上尚未得到充分研究。本研究報道了生物工程化的人類中腦類器官微生理系統(hMO-MPSs)，以模擬胎兒大腦對多種同時發生的PFOS暴露條件的反應。研究了PFOS暴露對神經活動、神經發育、神經炎癥的影響，并使用神經功能、解剖和分子測試來評估PFOS的神經毒性。
主要發現：PFOS暴露對hMOs的神經活動有初始的增加和隨后的減少效應。PFOS暴露損害了神經發育，減少了神經前體細胞和多巴胺能神經元的數量。PFOS誘導了神經炎癥，增加了活性氧(ROS)的產生和星形膠質細胞的激活。PFOS暴露導致神經元凋亡和神經突密度降低。
結論：研究提供了PFOS對人類大腦功能和發育影響的寶貴見解，并展示了hMO-MPSs在模擬污染物對功能性神經障礙影響和進行環境毒素發育毒性研究方面的潛力。
 
（三）前景與展望
近年來，中國政府也加大了對類器官技術的支持力度。通過出臺相關政策、設立專項基金等方式，鼓勵企業和科研機構開展類器官技術的研發和應用。南方財經7月31日電，上海市人民政府發布加強本市臨床研究體系和能力建設支持生物醫藥產業發展的實施意見，意見指出推動人工智能、組學技術、類器官等前沿技術在臨床研究中的應用。
 
中國類器官技術市場同樣具有廣闊的發展前景。隨著技術的不斷成熟和政策的持續支持，預計未來幾年中國類器官技術市場將迎來爆發式增長。同時，中國豐富的臨床樣本資源和龐大的市場需求也將為類器官技術的發展提供有力支撐。
 
附：常用的三大毒理學數據查詢網站    
參考文獻：
1.Francesco Faiola,Nuoya Yin, and Renjun Yang. Environmental Toxicology: The Importance of Disease-Specific In Vitro Models. Environment & Health
2.C.Tian, H. Cai, Z. Ao, et al., Engineering human midbrain organoid microphysiological systems to model prenatal PFOS exposure, Science of the Total Environment
 
Kirkstall Quasi Vivo®類器官芯片微生理系統：又稱為微流體“芯片上器官”系統，具有相互連接的細胞培養單元，為類器官生長提供更具生理相關性的體內微環境。通過提供一種近生理的體外模型，模擬細胞微環境，具有更完整的結構和功能，解決動物與人類之間的種屬差異，且可在體外模擬多種器官特異性疾病狀態，反映藥物在體內的動態變化規律和人體器官對藥物刺激的真實響應，捕捉復雜的生理學反應，并滿足高通量的要求。它是一個多室流動系統，為類器官培養提供了一個緊湊、易于使用的解決方案，包括2D、3D、屏障，或多器官。在疾病模型，藥物篩選和毒性測試，再生醫學和組織工程，發育生物學研究，感染與免疫研究，個性化醫學，癌癥研究等領域被廣泛應用。