前言
2025年9月25日，美國國立衛生研究院（NIH）發布重磅消息，宣布成立美國第一個標準化類器官建模中心（SOM），為期三年投入8700萬美元，目標是創建一個開發、共享和驗證類器官的新方法學平臺。
9月25日，NIH宣布成立類器官建模中心SOM
該公告緊承此前NIH及美國食品藥品監管局（FDA）一系列推動類器官作為動物替代模型的舉措，再次著重強調了美國方面加注類器官平臺的決心：
4月10日
FDA：計劃逐步取消單克隆抗體及其他藥物的動物實驗要求，推動新方法論如類器官等的替代
4月29日
NIH：設立特別辦公室ORIVA，推動“類器官優先 + 動物實驗精準化”新模式
7月07日
NIH&FDA：不再資助僅依賴動物試驗的新研究項目，所有新的NIH資助機會都應納入新方法（NAMs）的考量
近兩年來，類器官正從一種實驗室概念模型加速邁向主流科學的中心。這種具有三維結構的微型器官能夠在體外模擬人類組織的形態和部分功能，與傳統動物模型相比，在遺傳背景、免疫狀態和代謝水平上更貼近人類，但長期以來始終停留在小規模、定制化階段，繼續政策與投資扶持。而與近來密集出臺的監管與資助政策相呼應的是，近半年內，業內頂刊如Science、Nature、Cell等多次刊發類器官領域重磅突破，從血管化方案到多模型構建，正從“結構模仿”向“功能還原”大步飛躍。
事實上，回顧2024年底，類器官技術已經頻頻進入公眾與學術的雙重視野，不僅先后入選中國工程院與中國科學院分別發布的《全球工程前沿2024》及《2024研究前沿》，還在國際學界的視覺呈現中留下身影——來自基因組調控中心（CRG）的研究者Natalia Pardo Lorente 拍攝的類器官染色圖被Nature評為年度最佳科學圖片之一。這些信號意味著類器官正在從“實驗室前沿”走向“全球共識”。在這樣的背景下，進入2025年后，無論是監管層面的政策突破，還是頂刊不斷刷新的模型與技術成果，都預示著這一領域將在今年迎來更密集的累積與更高層次的飛躍。
醫藥衛生領域遴選結果[1]
01 從動物試驗向人源模型的轉型升級
數十年來，動物模型一直是藥物研發早期驗證的基石。研究人員通常先在大鼠和小鼠中評估候選化合物的安全性與有效性，理由是其生理系統在一定程度上與人類相似。在更復雜或長期的研究中，狗及恒河猴等非人靈長類也被頻繁使用。圍繞這些實驗對象甚至形成了龐大的產業鏈，據多方估算，全球動物實驗及相關生物技術市場的體量已達到數百億美元級別。
然而，這一體系始終伴隨著局限與爭議。動物試驗成本高昂、飼養環境復雜，還持續引發倫理關注——動物權益組織正是近年來支持FDA改革的最積極群體之一。更為關鍵的是，動物模型并非理想的人體替代方案。統計數據顯示，近九成候選藥物在進入臨床階段后仍以失敗告終。其背后的根本原因在于，物種間存在不可忽視的生理差異：某種分子或許能在小鼠模型中改善帕金森癥狀，但這并不意味著它同樣能夠在真實患者中發揮療效。
動物模型缺乏基因多樣性且與人類間存在表型差異[2]
類器官技術通過干細胞三維自組裝方法再現組織微結構，并在一定程度上模擬“疾病—反應—調控”鏈條。相對于動物模型，類器官技術體現出了顯著的成本優勢。與此同時，類器官的高通量篩選能力使研究人員能夠同時測試數百種化合物，大幅提高研發效率。
圖：經近岸蛋白細胞因子驗證培養的類器官（從左至右，從上至下：乳腺癌類器官、ipsc來源的人小腸類器官、小鼠胃類器官及小鼠膽管類器官）
02 政策動向：大力推動動物替代，人源模型提升體外模擬保真度
有鑒于動物試驗的種種短板，自2022年起，FDA已經發布了現代化法案2.0，大力推動非動物試驗新替代方法（NAMs）的普及，并將類器官及器官芯片視作一種重要的新替代方法模型。4月10日，FDA再次宣布改革計劃，擬逐步撤銷單克隆抗體等藥物研發過程中的剛性動物測試要求，建議開發者采用人工智能建模、器官芯片和類器官等新方法來評估安全性與毒性。FDA 的公告指出，先進的計算模型和人源細胞模型不僅更具預測性，還能縮短研發周期、降低成本，并提高患者安全性。這一舉動意味著，美國藥品審評將首次正式接受非動物數據作為關鍵依據，為替代模型打開了一條法規之路。
4月10日，FDA宣布取消動物試驗要求并同時發布一份《減少臨床前安全性研究中動物實驗的路線圖》
與FDA的倡議相呼應，NIH在4月29日發布通告，宣布將優先支持基于人類生物學的研究技術，計劃設立“研究創新、驗證與應用辦公室”（ORIVA）。據悉，ORIVA的核心目標是擴大對類器官、器官芯片、計算建模及真實世界數據等非動物技術的資助與培訓，提升這些方法的轉化效率，并逐步替代動物實驗。通告強調，傳統動物模型在轉化醫學中的局限性越來越明顯，未來的資助評審將更看重實驗模型與研究問題的匹配度，強調人相關性、情境適配和可轉化性。為此，NIH要求評審過程中減少對動物研究的慣性偏好，并定期公布動物研究與人本研究經費分配比例。這一政策不僅從資金上鼓勵研究者轉向類器官等人相關模型，也通過透明化機制倒逼學界審視實驗設計的合理性。
4月29日，NIH設立ORIVA
更加直接的信號出現在7月。多家媒體報道，NIH的新資助通知（NOFO）將不再針對“純動物模型”設立專門資助，所有申請必須包含人體相關的新方法組件。美國毒理學替代研究中心副主任Nicole Kleinstreuer在接受采訪時指出，這一決定將迫使研究者思考如何在早期就應用類器官、器官芯片或計算模型，以篩除無效方向；同時也意味著過去僅憑動物數據晉級臨床的路線將逐漸收緊。
7月7日，NIH與FDA聯合宣布不再資助僅依賴動物試驗的新研究項目，所有新的NIH資助機會都應納入新方法（NAMs）的考量
本次NIH宣布成立標準化類器官建模中心（SOM），宣布將利用人工智能、機器人和多來源人類細胞，系統優化培養流程，減少實驗室之間的差異。中心承諾按照開放科學原則公布所有協議和數據，建設數字化資源庫，為研究者提供經過驗證的細胞材料和表征數據，并與FDA等監管機構合作，制定可直接用于審評的標準格式?？梢哉f，SOM的設立標志著類器官從散點創新走向系統化、標準化階段，這與ORIVA和FDA 的政策構成互相支撐的生態。
本次NIH公告首圖為腦類器官成像
據稱，SOM中心的核心是以下各項的強大組合：
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人工智能(AI)和機器學習(ML)挖掘科學文獻和實驗數據以實時優化協議。
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先進的機器人和成像技術以擴大類器官的生產規模，目標為每天分析超過100,000個樣本。
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通過異質性人類細胞來源確保類器官反映現實世界的生物學差異，包括年齡、性別和遺傳祖先。
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開放存取數字和物理存儲庫，以便科學家可以隨時隨地訪問標準化協議、數據和活體類器官。
該中心最初將專注于肝臟、肺、心臟和腸道的類器官模型，并計劃擴展到大腦、胸腺和其他特定疾病的模型。
SOM中心將NIH的資源與其他聯邦機構和行業合作伙伴聯系起來，以促進合作并加速NAM技術的發展，造福更廣泛的科學界。
總體而言，從 FDA 的監管轉變到NIH的資助策略，再到 SOM 的基礎設施投入，美國聯邦層面已開始通過法規和資金雙重杠桿把科學界引向“以人相關模型，尤其是類器官為中心”的新常態。這種趨勢不僅會減少動物試驗數量，更重要的是倒逼實驗設計升級，讓研究更聚焦于人體生物學與臨床需求之間的真實聯系。
03 科研突破：從結構模仿邁向功能還原
政策的“指揮棒”會顯著改變研究風向，但技術的突破則決定了替代路徑的可行性。根據PubMed，2025年至今，Nature接連發表類器官相關論文共計20篇，涉及多區域腦、肝臟、神經通路新模型，以及利用類器官進行的個性化ASO篩選、結直腸癌可塑性研究等工具性質的研究應用。Science和Cell相關文章則分別為9篇和5篇?？?/strong>數量遠高于去年同期（分別為16篇、3篇及9篇）。
2025年中，血管化和多譜系整合成為類器官科研的關鍵詞。長期以來，由于缺乏血管供應，類器官的中心區域會出現營養和氧氣缺乏，導致壞死，限制了模型的體積和成熟度。近期，該領域迎來集中突破式進展。MIT、哈佛與辛辛那提兒童醫院的團隊在Cell上聯手提出內胚層與中胚層共發育方案[3]。他們從人多能干細胞出發，同時誘導內胚層形成肺或腸上皮，誘導中胚層生成內皮細胞和血管平滑肌細胞，并通過調整BMP和WNT信號時序，以及加入VEGF、ANG1等因子，成功在類器官內部構建了組織特異的血管網絡。新生成的血管化肺類器官不僅具備肺泡樣結構，還展現出與胎兒肺部相似的血管分支，細胞存活率顯著提高。研究者指出，這些模型可用于研究罕見的肺毛細血管發育異常，更有助于氣體交換相關的深入探索。
血管化肺/腸類器官的生成
同在6月，斯坦福大學團隊在Science發文，將圖案化微結構與分時信號組合應用于心臟和肝臟類器官的血管化[4]。他們設置了34種不同的生長因子組合，精確控制心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞的比例與發育順序。實驗結果顯示，在最佳條件下，類器官內部形成了完整的分支血管，并能與心肌電活動同步跳動，模擬孕6.5周胚胎心臟。值得注意的是，這一策略也可平移至肝臟類器官，打破了傳統模型“單器官單方案”的限制，并為未來的再生醫學和器官移植奠定技術基礎。
微模式化和生長因子的添加實現了類原腸胚、心血管、祖細胞和cVO的體外形成
另一個引人關注的創新來自哈佛醫學院和北京大學的合作[5]。研究者采用所謂“正交轉錄激活”策略，在中胚層祖細胞中同步激活轉錄因子ETV2和NKX3.1，在五天內快速生成血管類器官（VOs）。這些VO在體外表現出正確的頂底極性和早期管腔結構，嵌入基質膠后，血管網絡迅速擴張并呈現動脈化趨勢；移植到小鼠腎包膜和后肢缺血模型中后，VOs能穩定灌注并重建血管網絡，提高局部血流和組織修復效果。該成果說明，通過調控關鍵基因網絡可以極大縮短類器官建模時間，為再生醫學提供更高效的平臺。
嵌入基質膠有助于VO的成熟
在腦科學領域，約翰·霍普金斯大學團隊構建的全腦類器官（MRBO）讓神經系統模型從單一腦區走向多區域協同[6]。研究者分別培養大腦皮層、中腦/后腦和內皮類器官，再利用基質材料把它們融合在一起，使不同腦區的神經元及血管細胞保持身份并形成功能連接。MRBO展現了約80%的早期腦細胞類型，比傳統皮層類器官更加復雜。更重要的是，融合模型中出現了初步的血腦屏障跡象，說明內皮與神經系統可以在體外共發育。該團隊指出，基于動物的神經系統模型往往無法反映人類腦部的區域互作和血腦屏障特性，而MRBO為研究精神疾病、藥物穿透以及個體化神經治療提供了全新的平臺。
圖：MRBOs的生成和分子表征
總而言之，所有突破共同指向一個趨勢：類器官正在從單一細胞層面的結構模擬邁向多細胞、多系統的功能還原。血管化和神經-血管互作的實現，顯著提升了模型的成熟度和可用時間窗口，使其不再只是“微縮的器官影子”，而是真正的微型生理系統。隨著政策鼓勵和平臺化設施的推出，越來越多的團隊將能夠在標準化基礎上迭代方案，加速科學和臨床應用。
04 產業動能：快速增長的市場與協同生態
政策推動和科研突破迅速引爆了產業界的熱情。根據 Research and Markets2025年4月發布的市場報告，全球人類類器官市場從2024年的11.1億美元增長到2025 年的12.6億美元，預計到2030年將達到25.8億美元，年復合增長率約15%。報告指出，這一增長得益于先進培養技術的擴散和監管政策的利好，同時也反映出制藥公司、科研機構及投融資機構對該領域的信心。
類器官市場規模走勢[7]
與此同時，行業競爭者的版圖也在迅速擴張。2024年年底，默克集團美國與加拿大生命科學業務部門MilliporeSigma宣布收購“類器官之父”公司HUB Organoids Holding B. V.。HUB首席執行官Robert Vries表示，HUB的專利技術處在推動藥物發現和研發范式轉型升級的最前沿，而默克的資源將成為HUB業務的助推器，促使HUB更積極地拓寬業務版圖并擴大在客戶及患者間的影響力。此外，類器官芯片開發商Emulate已與mRNA疫苗頭部企業Moderna合作，使用器官芯片篩選mRNA遞送載體脂質納米顆粒的安全性。器官芯片制造商Hesperos已與賽諾菲、阿斯利康、Argenx和Apellis Pharmaceuticals合作，篩選候選藥物在神經退行性疾病和其他疾病中的安全性和有效性。Samsung Biologics 則在2025年6月宣布推出 “Samsung Organoids”服務（即將類器官納入其藥物研發服務組合），標志大型CDMO/生物制造公司開始把類器官作為其技術棧的一環。
根據 Towards Healthcare發布的《iPSC平臺市場規模與趨勢預測》報告，在基于iPSC的平臺市場中，類器官和3D培養平臺預計將在未來幾年呈現最高增長。隨著3D生物打印、磁懸浮和高內涵成像等技術的成熟，研究人員可以更精細地調整類器官的空間結構和微環境，延長其存活時間并提高功能表達。合作方面，學術機構、醫療機構和企業的協同成為常態，實時臨床反饋被納入研發流程，加快了從試驗臺到臨床應用的轉換。資本方面，既有風險投資也有制藥巨頭參與布局，他們看中的不僅是當前的市場空間，更是類器官在精準醫學和新藥開發中的戰略價值。政策上，FDA表示愿意將經驗證的類器官數據納入IND申請渠道，并通過監管激勵支持行業創新。這一系列因素共同推動產業從“探索期”進入“擴張期”，類器官正在被視為下一個具備顛覆性潛力的生物醫學平臺。
04 邁向以人類為中心的生物醫學時代
綜合看來，傳統動物模型的可靠性與效率已難以滿足精準醫療的需求，人相關的類器官和相關新方法正在從“備選方案”轉變為“第一標準”。FDA的新規打破了動物試驗的制度束縛，NIH通過調整資助導向和建立 ORIVA為非動物研究提供了資源保障，SOM中心則為標準化和驗證提供了技術支撐fda.gov。與此同時，血管化、多區域融合以及快速培養等科研進展使類器官的功能接近真正的器官，市場規模和企業布局也顯示出商業化的巨大潛力。
當然，新的模型替代并不會在一夜之間全面完成。未來一段時間內，動物實驗仍在某些領域扮演不可替代的角色。但隨著標準體系的逐漸完善、倫理框架的制定以及跨學科技術的成熟，類器官無疑將在新藥篩選、疾病建模、精準治療和再生醫學中承擔越來越核心的任務。在即將到來的以“人相關性”為核心的生物醫學時代，這些微小而復雜的模型將成為連接基礎研究與臨床應用的橋梁，幫助我們更快、更安全地破解人類疾病的謎團。
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經類器官培養驗證的細胞因子
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經類器官培養驗證的完全培養基
參考資料
1. 【年度重磅】科睿唯安、中國工程院、高等教育出版社聯合發布《2024全球工程前沿》
2. Zushin, Peter-James H et al. “FDA Modernization Act 2.0: transitioning beyond animal models with human cells, organoids, and AI/ML-based approaches.” The Journal of clinical investigation vol. 133,21 e175824. 1 Nov. 2023, doi:10.1172/JCI175824
3. Y. Miao et al., “Co-development of mesoderm and endoderm enables organotypic vascularization in lung and gut organoids,”
4. O. J. Abilez et al., “Gastruloids enable modeling of the earliest stages of human cardiac and hepatic vascularization,” Science, vol. 388, no. 6751, p. eadu9375, Jun. 2025, doi: 10.1126/science.adu9375.
5. L. Gong et al., “Rapid generation of functional vascular organoids via simultaneous transcription factor activation of endothelial and mural lineages,” Cell Stem Cell, vol. 32, no. 8, pp. 1200-1217.e6, Aug. 2025, doi: 10.1016/j.stem.2025.05.014.
6. A. Kshirsagar et al., “Multi-Region Brain Organoids Integrating Cerebral, Mid-Hindbrain, and Endothelial Systems,” Adv. Sci. Weinh. Baden-Wurtt. Ger., vol. 12, no. 33, p. e03768, Sep. 2025, doi: 10.1002/advs.202503768.