体外新视界丨类器官模型在药物筛选与毒性评价中的标准化与质量控制

2022年12月，《FDA现代化法案2.0》取消新药（含生物制品、生物类似药）在审批中强制动物实验的要求，允许采用NAMs等替代方法。2025年4月，FDA发布路线图，规划3-5年内逐步以NAMs替代毒性试验。同期，ISO启动类器官系列标准制定（ISO/CD 25430）。2025年中国食品药品检定研究院联合国内多家研究机构发布首个iPSC疾病模型与药物筛选团体标准及《基于类器官模型的药物毒性评价技术规范》；2026年，国家药监局就“先锋计划”征求意见，推进NAMs在药物研发中的应用。

在此全球监管转型背景下，如何对类器官模型进行标准化形态学鉴定、基因表达谱分析及功能一致性评价，以确保数据可靠性与重现性，已成为行业核心命题。

 

一、形态学鉴定：H&E染色与免疫荧光（IF）的标准化应用

形态学鉴定是类器官质量评价的基础，旨在验证其体外结构能否忠实再现来源组织的特征。依据"类器官标准倡议"OSI（Organoid Standards Initiative）通用指南，评估应涵盖尺寸均匀性、细胞极性、管腔形成等参数，并建议通过明场显微镜观察形态规则度，控制直径变异系数（CV）以保障批次一致性。

苏木精-伊红（H&E）染色是主要验证手段。研究显示，胰腺癌类器官呈团块或不规则腺管状结构，核异型性显著，与原始肿瘤高度一致；腮腺肿瘤类器官的H&E染色也证实三维结构与来源组织相似，且免疫组化（IHC）验证了Calponin、CK7和EMA的表达模式一致。这表明H&E联合IHC/免疫荧光是建立类器官溯源性和组织忠实度的关键证据链。

ISO/CD 25430-3（肠道类器官终点质量评估）针对肠道类器官，强调结构保真度需评估细胞组成、组织极性和管腔/隐窝结构。实际检测中建议制定标准化H&E切片流程，并采用双盲交叉评分，以减少主观偏倚，提高结果一致性。

 

二、基因表达谱分析：qPCR在类器官鉴定中的关键作用

基因表达谱分析是验证类器官分子保真度的核心技术。qPCR因其灵敏、特异且标准化，广泛用于分子鉴定与批次一致性评价，但数据准确性高度依赖内参基因（HKG）的合理选择。Cherubini等（2021）系统评估人胰腺类器官中12种常用内参基因，发现最优内参因比较场景（组内vs组间）而异，为类器官内参选择提供了数据基础。

实际应用中，qPCR可检测组织特异性标志基因，如肝类器官的白蛋白（ALB）、细胞色素P450酶（CYP3A4、CYP1A2等）基因，肠道类器官的LGR5（干细胞标志物）和绒毛蛋白（VIL1）等分化标志物，通过与来源组织表达相关性分析量化分子保真度。ISO/CD 25430-4（肝脏类器官质量评估）亦要求检测关键功能基因转录水平。此外，qPCR需纳入方法学验证，包括引物扩增效率、标准曲线、线性范围及批间精密度评估，以确保结果可比性与可追溯性。

 

三、功能一致性评价：从细胞活力到药物代谢的综合验证

形态学与分子鉴定提供静态证据，功能一致性评价则是验证类器官在药物筛选和毒性评价中实际可用性的动态标尺，需根据来源组织和应用场景设计多层次检测方案。

01基础活力评估

CellTiter-Glo（CTG）3D法广泛用于ATP定量以评估细胞存活率。在回顾性研究队列中对71例胃肠道肿瘤PDO检测，药敏结果灵敏度100%，特异度93%，证明标准化功能评价可为临床决策提供高质量证据。

02代谢功能评估

肝类器官需检测CYP3A4、CYP1A2、CYP2C9等酶活性（荧光底物或LC-MS/MS法）及ALT、AST、白蛋白分泌等肝功能指标。T/CIET 1854-2025规范了基于类器官的肝毒性评价技术流程。

03多参数综合评价

毒性评价应整合活力（ATP/活死染色）、凋亡（Caspase 3/7）、炎症因子（IL-6、TNF-α ELISA）及器官特异性指标（心肌搏动频率、肠道屏障功能）。OSI心脏类器官指南（2024）对MEA和钙瞬变分析提出了详细标准。多层次功能整合可提升毒性预测的全面性和临床转化价值。

 

四、标准化质量控制的推进：从团体标准到国际共识

当前，全球类器官标准正从团体标准向国际标准过渡。中国已发布多项团标，包括iPSC疾病模型与药筛（T/CADZ 0056-2025）、毒性评价（T/CIET 1854-2025）、乳腺癌类器官（T/FDSA 0074-2025）等；韩国OSI发布V1.0通用指南，涵盖细胞来源管理、培养方法、特性分析和质量评价指标；ISO/CD 25430系列推进国际协调。

第三方检测机构开展类器官相关的研究，需要构建完整的质量评价体系，包括

• 标准化样本接收与处理SOP；

• 多维平台（形态学H&E/IF/IHC、分子qPCR/RNA-seq、功能学活力/代谢/特异性）；

• 内部参考品及对照用于校准；

• 按ICH Q2(R1)进行方法学验证（专属性、灵敏度、精密度、耐用性），以确保结果数据的可靠性与重现性。

 

五、结语

类器官技术正从学术研究加速迈入产业应用，FDA监管转型、ISO及各国标准共同构建替代动物实验的历史窗口。标准化是监管认可的前提，华测医药体外技术平台依托ISO 17025体系，提供从形态学、基因表达谱到功能一致性的全流程标准化类器官检测服务，可开展人、动物正常组织、癌组织来源类器官的构建、毒性&药效评价、药物筛选等项目研究，助力客户构建全球认可的体外证据体系。

华测医药类器官应用技术服务优势：

• 高度生理相关性：模型更接近体内环境，数据预测价值更高。

• 患者来源模型：可直接利用患者肿瘤组织建模，服务于精准医疗。

• 资源库丰富：构建了多种癌种和正常组织的类器官资源库，可快速启动项目。

• 技术领先：掌握核心的培养基配方与培养工艺，确保类器官稳定生长。