無實驗鼠生物技術
⑤ 細胞培養、類器官、器官晶片……替代動物實驗的三大方案

[비즈한국] 為彌補新藥開發過程中的倫理問題及傳統動物實驗的侷限性，動物替代試驗法（NAMs）研究正被引入產業現場。為了減少或替代動物個體的使用，細胞培養技術、類器官（器官類似物）、器官晶片（Organ-on-a-chip）等正得到廣泛應用。

替代鱟血的“細胞培養”技術

為保護因種群數量減少而急需保護的海洋生物——鱟，相關的替代技術也在積極開發中。從鱟血中提取的變形細胞溶解物（Amebocyte Lysate）在疫苗、體內植入醫療器械、肉毒桿菌毒素製劑等的生產過程中，被用於確認是否含有可能引發致命發熱或休克的“內毒素汙染”。

特別是受新冠疫情影響，疫苗需求激增，加上生物醫藥及美容、醫療器械產業的增長，每年有數十萬只鱟被捕獲用於生物醫學用途的採血。然而，據報道，採血後部分個體出現死亡或繁殖能力下降等生態影響。

由於過度捕撈導致種群數量銳減，世界自然保護聯盟（IUCN）已將部分鱟列為瀕危物種。因此，以歐盟（EU）為中心，鱟替代試驗法的使用正在擴大。特別是美國紐約州透過了一項法案，從今年起分階段削減商業捕撈限額，並從2029年起全面禁止以商業和生物醫學為目的的鱟捕撈。

在海外，法國的生物梅里埃（bioMérieux）和瑞士的龍沙（Lonza）等公司已將利用基因重組技術的rFC及rCR內毒素檢測法商業化。雖然其優勢在於無需犧牲鱟即可生產檢測原料，但若要應用於產業現場，還存在需要針對標準內毒素以外的物質補充驗證資料的侷限。重組蛋白類內毒素檢測法僅混合使用了部分人工合成因子，與現有的鱟血基檢測法相比，在反應性和檢測方式上不可避免地存在差異。

這對製藥及生物企業來說是一種負擔。據瞭解，由於需要重新設計質量管理（QC）流程的標準作業程式（SOP），其成本負擔高於現有檢測法。這也是儘管多國藥典（藥品規格標準書）已將其列為替代試驗法，但在實際現場應用度依然較低的原因。

在韓國，CellWeaver公司正基於細胞培養技術開發內毒素檢測原料。

CellWeaver開發出了一項技術，能夠在24天內將培養難度極大的鱟變形免疫細胞增殖1000倍以上。CellWeaver代表Cho Gun-sik解釋道：“僅從一隻鱟身上採集的血液，即可生產出供約1000只用量的內毒素檢測原料。”該公司還開發了專用的冷凍儲存劑，可將敏感的變形細胞長期儲存，存活率達95%以上。據稱，透過此技術，在長期培養後，內毒素檢測所需的核心因子表達仍能保持穩定。

Cho代表表示：“直接培養鱟血液內的核心免疫細胞，供應相同的原料，因此能夠維持原有方式的檢測能力。內部測試結果顯示，與全球市場排名前兩位的查爾斯河實驗室（Charles River）或龍沙公司的產品相比，靈敏度相同，甚至更為出色。”他強調：“目前，為獲得官方認可並滿足監管標準，正在國家毒理學研究所進行正式的驗證程式。”

大熊製藥、新羅傑（SillaJen）、Kangstem Biotech……以“類器官”技術加速研發

類器官是將人體幹細胞等進行3D培養，實現與人體器官相似結構和功能的3D細胞模型。與傳統的平面2D細胞培養方式不同，它具有立體結構，能夠模擬人體的生理特性及細胞間的相互作用。

雖然目前在完全復現全身免疫反應或複雜的血流網路方面尚有侷限，但它被認為是能夠減少動物實驗中出現的種間差異的有力替代方案。

特別是透過在將新藥候選物質投給動物之前，預先預測人體器官層面的藥物功效和毒性反應，預計將為大幅減少初期篩選過程中使用的實驗動物數量做出貢獻。

大熊製藥也正在推動類器官技術的內部化。本月28日，該公司從隸屬於食品醫藥品安全處的食品醫藥品安全評價院獲得了毒性評價用肝類器官技術。大熊製藥計劃利用復現了人體肝組織和膽汁排出結構的類器官，在非臨床階段更精確地提前評估新藥候選物質的肝毒性，從而提高研發（R&D）效率。

大熊製藥相關人士解釋道：“雖然難以公開該技術的具體靈敏度、特異性等數值，但它不僅能進行簡單的細胞存活率評估，還能多角度驗證白蛋白分泌能力、AST（天冬氨酸氨基轉移酶）、ALT（丙氨酸氨基轉移酶）等主要肝功能及損傷指標，顯示出接近實際人體環境的預測能力。”

公司的目標是擴大類器官的應用範圍。雖然目前僅獲取了毒性評價技術，但計劃透過結合各種疾病建模類器官技術，將應用領域擴充套件到新藥候選物質的有效性及藥效評估。大熊製藥相關人士表示：“也計劃積極探討引入具備全球競爭力的外部優秀平臺技術等開放式創新方案。”

新羅傑（SillaJen）在去年10月從美國食品藥品監督管理局（FDA）獲得抗癌藥候選物質‘BAL0891’的聯合臨床試驗方案（IND）變更批准過程中，應用了類器官模型。該公司僅提交了基於類器官的臨床前研究資料，而非動物實驗資料，證明了聯合療法的臨床妥當性。業內將其評價為僅憑類器官資料獲得FDA IND變更批准的罕見案例。

Kangstem Biotech構建了皮膚類器官模型等，並將其應用於化妝品及皮膚疾病治療藥物的功效評估和篩選。據公司說明，傳統人造皮膚因缺乏血管或免疫系統的結構侷限，難以預測藥物反應結果，而基於幹細胞的Kangstem Biotech類器官模型包含血管和免疫系統，能夠復現特應性皮炎或皺紋等正常皮膚出現的反應，並將其視覺化。

Kangstem Biotech業務開發本部長（常務）Eo Hae-kwan表示：“目標是面向全球製藥公司進行技術出口。目前已與1家全球製藥公司及2家韓國製藥生物企業簽訂合同，正在開展CRO業務。”

復現人體器官環境的“器官晶片”

器官晶片（Organ-on-a-chip）是將人體器官結構和功能實現在基於微流控技術的晶片上的下一代動物替代試驗法。由於能夠基於人類細胞分析藥物反應，因此被關注有望提高初期候選物質篩選和毒性評價的準確度。

如果說類器官專注於利用幹細胞製造與器官相似的3D結構，那麼器官晶片的特點在於為細胞實現類似血流的流動、機械刺激、藥物移動環境等，從而更精密地復現實際人體內的反應。

在全球市場，Emulate和CN Bio等公司正將器官晶片平臺商業化，並擴大與製藥公司的共同研究。Emulate開發了基於微流控的平臺，利用頭髮絲粗細的微細管道控制液體，復現人體器官結構和功能，提供肝臟、腸道、肺等多種器官模型；CN Bio也正將PhysioMimix平臺用於肝毒性評估和藥物代謝研究。

韓國國內也在進行器官晶片技術開發。T&R Biofab正基於3D生物列印技術開展組織復現及器官晶片相關研究，BioSolvics公司也正在推動開發模擬人體器官環境的生物模仿平臺。

不過，器官晶片目前仍面臨標準化和確保監管接受度等挑戰。不同企業及研究機構實現的器官結構、細胞組成和流體環境各不相同，因此尚未建立起比較試驗結果的共同標準。此外，為了應用於製藥公司的大規模候選物質篩選，還需要推進平臺的標準化、構建量產體系以及確保成本競爭力。