关于欧盟类器官及用途的最低限度信息标准及研究报告实例的解析-上篇

    本文基于国内外新药IDN申请审核监管政策调整，结合近年来类器官实验技术研究应用发展现状，总结了制约类器官相关技术发展的主要瓶颈问题。针对类器官技术统一标准体系不健全的局面，分析了欧盟指定的关于类器官及用途的最低限度信息标准，并以权威期刊近期发表的类器官实验研究报告对此技术规范进行解析。

一、类器官技术开发和应用迎来新机遇

1.1 新形势下临床前研究数据监管标准的变革

       1938年的美国《联邦食品、药品和化妆品法案》首次规定，新药上市前需在动物身上验证其安全性。1962年，《科沃夫-哈里斯修正案》要求在研究性新药（investigational new drug，IND）临床申请时须审核药品的药理、毒理学动物测试结果。而1978年《非临床实验室研究规范》则对新药研发过程动物实验操作、实验记录和测试报告提出了统一标准。从此，动物实验成为新药有效性和安全性验证的“金标准”，在药物研发过程中占有举足轻重的地位。

       猴、犬与鼠等实验动物及疾病模型广泛应用，极大地推动了人类对生理机制和疾病机制的理解。但实验动物与人类的遗传背景和生理构造毕竟不同，动物与人的疾病表型存在差异。而部分药物疗效和毒性反应为人类所特有，基于动物的安全性、毒理学和代谢研究数据的预测价值极其有限。不仅如此，某些对灵长类实验动物无明显毒性药剂的测试结果，甚至可能误导人们对其安全性的评价。最典型教训莫过于2006年德国TeGenero公司开发的类风湿性关节炎治疗药物人源化单克隆抗体TGN1412，在I期临床评估中引起的细胞因子反应综合症，对志愿患者健康产生的灾难性后果。

       特别是因动物寿命较短，既无法模拟某些慢性病或老年病，也难以重现长期外部环境因素所致的人体病变。此外还有大量人类疾病研究模型难以通过实验动物建模途径获得。

       动物实验中源自测试环境、繁琐的实验操作措施引起动物身体功能限制、生理病理反应等变量等，会干扰测试结果可靠性、稳定性。此外，动物实验通量低、周期长、动物管理工作繁重。而动物保护与动物福利的的关注，更增加了研究工作成本。

       在生物医学临床前研究和药物开发中，还没有可以完全替代动物模型的方法。在理解生物体内机能复杂调控方式和IND申请环节，动物实验测试数据依旧有效。但动物实验模型的内在局限性业界早有共识。新兴实验技术应用对创新药物开发带来的降本增效驱动力，外加来自西方社会层面反对使用动物实验的呼声和压力，确实促进了各国监管层对动物实验监管政策发生与时俱进的积极调整。

       早在1981年美国《实验动物福利法》就发出限制实验动物的使用的“替代/减少/优化”(replacement-reduction-refinement)的3R提议。欧盟1997年的《用体外模型替代动物研究》则明确了动物实验3R原则要求。

       2018年美国《动物实验替代方法战略计划》设定了2025年前将动物实验需求减少50%的工作目标。2022年的《FDA现代化法案2.0》正式终结实验性药物在用于人体临床试验前必须通过动物测试的强制规定。法案没有完全禁止动物试验，而是允许使用其他替代方法。2023年的《非临床安全性评价替代技术路线图》发布了替代实验方法的分阶段实施计划，即：

       2023-2024，首先在单克隆抗体、基因治疗药物等领域引入试点动物实验的替代方法；

       2025年起，逐步淘汰疫苗、小分子药物的动物实验。

       2025年4月10日，美国FDA宣布，将在新药开发中逐步淘汰传统动物实验，鼓励采用类器官和器官芯片等新兴非动物技术方法(New Approach Methodologies, NAMs)实验数据申请临床试验，并将分阶段推进动物替代方法的标准化流程。

       对于替代动物实验的新兴技术方法(New Approach Methodologies, NAMs)的具体方法，FDA法规在不断的更新：

       1997年《FDA现代化法案》允许使用体外细胞模型替代部分动物实验（如药物代谢研究）；

       2007年《关键路径计划》提出了“21世纪毒理学”愿景，高通量筛选（HTS）和计算毒理学模型被视为替代动物实验的NAMs；

       2018年《动物实验替代方法战略计划》提出将动物实验的同时，重点支持类器官、器官芯片等替代技术；

       2022年《FDA现代化法案2.0》允许药企使用计算机建模、器官芯片等非动物方法申请临床试验；

       2023年《非临床安全性评价替代技术路线图》提出从2025年起疫苗、小分子药物实验中全面采用类器官+AI模型组合方案；

       2024年《FDA现代化法案3.0》明确鼓励类器官、器官芯片等新方法学（NAMs）的应用；

       2025年《动物实验替代技术指南》发布的主要替代方案包括：类器官与器官芯片（利用人类干细胞培养的微型器官模型预测药物毒性），AI与计算机模拟（通过大数据建模预测药物代谢路径和副作用）和体外测试模型（如3D生物打印组织、微生理系统等模拟人体的实验环境）。

       上述史实表明，从提出基于体外细胞模型（注：主要是是常规2D细胞培养模型）和依托细胞模型发展的HTS筛选技术后，作为IND申请的新兴动物实验替代方案，类器官、器官芯片在NAMs队列中一直占据C位。

       而按美国FDA 2025年新政，类器官等NAMs的应用范围将从目前的单克隆抗体的安全性评价扩展至其他其他生物制品、化学药物以及医疗器械等产品。在药品申报材料中整合类器官（organoids）、器官芯片（organ-on-a-chip）等替代方法所生成的数据的审批项目，FDA还将予以纳入快速审批通道以资鼓励。

1.2 类器官实验技术发展成为新质生产力

       类器官，是指用来自胚胎、细胞重编程诱导、人体或动物组织的干细胞/祖细胞，在体外经培养扩增、诱导分化后，自我组装生成具有特定器官的细胞谱系构成、可模拟在体动物脏器的一些基本功能活动特征的三维结构细胞簇，属于体外细胞模型的范畴。

2009年，荷兰科学家Hans Clevers团队首次利用表达富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体(leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 5, Lgr5)的小鼠肠道干细胞在体外培养出具有隐窝-绒毛结构的肠组织，标志着类器官技术正式进入实用化阶段。

       2013年，研究人员利用干细胞成功构建了肝脏、肾脏、大脑类器官，引起学界的极大关注，类器官技术因此被Science 杂志评为年度十大技术。此后，随着肺、胃、视网膜、输卵管、血管、胰脏、皮肤、心脏等类器官模型陆续开发问世，类器官实验技术被视作推进生物学研究发展的重大突破，先被Nature Methods评为2017年度技术，登上2019年Science杂质的封面，还被《新英格兰医学杂志》（The New England Journal of Medicine，NEJM）评为优良的人类临床前疾病模型。 

        与常规2D 细胞培养物比，类器官具有真实器官类似的细胞组成、结构和部分功能活动，可还原体内细胞分化与细胞迁移，以及细胞之间、细胞与细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)复杂的相互作用。类器官的形成过程本身即是对组织器官真实发育过程的模拟。因此，类器官为科学家理解组织器官发生、早期发育等关键问题打开了一扇新的窗户。研究人员用大脑类器官构建了人类大脑发育的多组学图谱，揭示了人脑早期发育过程中的基因调控网络；而依托人类干细胞构建的囊胚、原肠胚等早期胚胎类器官，人们可直观地观察到胚胎的整体构造和早期发育过程，揭开了人类胚胎发育阶段的 “盲盒”。

       在疾病致病机理研究方面，通过干细胞受控定向分化、基因编辑方法，类器官技术有望解决疾病模型缺乏、动物建模难题，为人类特有的、罕见病、遗传性疾病、癌症和传染病等疾病的发生发展机制等研究、探索新治疗靶点和新疗法提供了全新机遇。譬如，SARS-CoV-2重度感染者除呼吸症状，代谢、心脏、神经、肠胃系统并发症的出现也困扰着医学界。为验证SARS-CoV-2对除肺部以外其他器官的靶向性和并发症的发生机制，研究人员就用各种类器官模型开展了模拟感染的实验研究。

       采用患者自身组织细胞分离的干细胞培养、诱导和定向分化可生成的与患者器官表型相同的类器官。类器官技术与与CRISPR-Case9基因组编辑技术相结合，可进行患者有缺陷的基因而提供“健康基因”表型的类器官，作为再生医学(regenerative medicine)生物材料来源，进行自体移植，可有效规避免疫排斥反应和规避致瘤性（Oncogenicity）风险。目前已从小鼠和人类多能干细胞中重建了三维肾小管和肾小球，有望将为尿毒症晚期患者实施肾移植方案所需的肾脏来源障碍开辟了一条全新途径。而在个性化医疗（Personalized medicine）模式背景下，患者来源的类器官（Patient Derived Organoid，PDO）作为先进疗法药品（Advanced Therapy Medicinal Products, ATMP），正越来越多地被用作为病人量身设计最佳治疗方案的工具。

       生成类器官所用的各种干细胞材料可长期稳定储存、培养、传代和扩增，且实验条件、操作流程易于标准化。细胞材料遗传背景可长时间保持稳定，确保类器官的生产的稳定性、可持续性和高通量的优势。同时，研究人员能实时直观简便观察类器官及细胞内部动态、微妙变化。作为药物发现和筛选平台，类器官避免了动物实验与人体的种属差异，能够更准确、更快捷提供药物在人体内的有效性和毒性实验数据，便于在第Ⅰ期人类临床药物试验前，将药物安全性和有效性测试融合进行。临床志愿者因此而免于承担无效药物的副作用和安全风险，这将缩短临床前试验与临床试验的周期，大幅降低药物开发投入。因此，类器官技术作为一种全新的体外模型，将直接推动药物研发模式的新一轮变革。

       当前，业界已建立起多种用于药物筛选的类器官技术体系，并在药物研发领域应用进入产业化阶段。譬如，科学家通过构建多囊肾病类器官平台，实现了囊肿形成抑制化合物的高通量筛选。癌症药物开发领域，已构建起大肠癌、卵巢癌、乳腺癌、肝癌、膀胱癌等多种癌症的类器官库，既保持肿瘤的异质性，又较好展示肿瘤对药物的敏感性。辉瑞、赛诺菲、阿斯利康等大型药物企业在新药研发中引入类器官技术平台，实现药物研发流程优化。

       据报道，2015 年以来，全球类器官技术相关研究文献和专利数量呈爆发式增长。2010-2021年间，全球672 项类器官相关专利主要由中国、美国和韩国申报，其中79.46%属类器官的构建、制备和维持相关技术。

       从肝类器官研究论文发表数量看，从2020年开始，论文的数量进入快速增长期，且呈逐年递增趋势。2024年论文总数为711篇，2025年1-4月份发文总数达到214篇，几乎相当于2019年全年发文量（见图3）。

       目前已报道的“类器官”或与类器官相关体外三维细胞模型，大致可归为以下7种类型。

1）肠道类器官（Intestinal organoid）

       从患者肠组织活检（intestinal biopsies）分离的肠道干细胞(intestinal stem cells, ISCs)在体外培养扩增，形成具有肠隐窝（intestinal crypt）形状的三维组织结构，可用于肠道生理或肠道疾病研究。

2）神经类器官(Neural organoid)

       患者来源的成纤维细胞、淋巴母细胞样细胞系（Lymphoblastoid cell lines, LCL)或人外周血单核细胞（PBMC）被重新编程后成为诱导多能干细胞(induce pluripotent stem cells, iPSCs)——诱导神经元祖细胞（NPC）分化构建的3D神经类器官，可模拟人体脑神经回路的结构和功能、了解大脑发育或神经发育过程，对于深入理解神经精神疾病的发病机制以及开展药物筛选和转移实验提供新的手段。因缺少有效人源性细胞模型，重性抑郁症(MDD)患者自杀行为发生机制研究一致无法进行。而利用携带患者来源的iPSCs分化为GABA能中间神经元 (GABAergic interneurons, GINs) 和包含GIN的腹侧前脑类器官进行研究揭示了人类神经元和腹侧前脑类器官中MDD相关的重要细胞表型，为确定治疗方法提供了新的思路。

3）肿瘤类器官(Tumor organoids)

       从患者肿瘤组织中分离出的癌细胞经体外扩增形成与原始肿瘤几乎一致的三维结构模型，它拥有与亲代肿瘤类似的基因谱系和病理学特征，能较准确地模拟肿瘤在体内的微观形态。特别是某些特殊的肿瘤基因组变异难以在细胞系中通过基因编辑实现的肿瘤类器官，可弥补现有肿瘤细胞系和小鼠移植模型的不足，对研究肿瘤分子生物学特征、高通量筛选药物、指导个体化治疗等方面具有巨大潜力。

4）类器官胚胎模型(Embryonic model)

       用多能干细胞在体外分化可复制早期胚胎发育的某些特征，有助于理解流产(miscarriages)发生原因或改进体外受精(in vitro fertilization, IVF)实验流程等。

5）类器官芯片(Organoid-on-chip)

       类器官芯片发源于器官芯片（Organ-on-chip），同属于微生理系统（Microphysiological System, MPS）范畴。微生理系统是一种体外构建的细胞培养平台，用于对人类、动物的特定组织或器官功能特征进行体外建模，可精细调控细胞生长的微环境和微流体流动条件，模拟组织器官的病理生理变化。

       器官芯片则是专指在芯片上构建的微生理系统,是以工程化微流控装置（microfluidic devices）为核心, 结合细胞生物学、生物材料和工程学等技术方法构建的包含有多种活体细胞及功能组织界面、生物流体和机械力刺激等因素，可反映人体组织器官的主要结构和功能特征的组织器官体外模型。最早开发的的器官芯片为2010年创建的肺芯片，是一种载玻片大小的双层夹膜结构, 一侧用于气流通过, 另一侧用于培养液通过。中间多孔的PDMS膜两侧分别培养气管上皮细胞和血管内皮细胞, 从而达到模拟人体肺泡的气液界面的效果。肺芯片的两侧以循环抽真空方式拉扯PDMS膜,使细胞受到类似肺牵张作用, 模拟肺泡呼吸的效果。平面2D培养细胞存在难以有效模拟组织器官在体生理特性的缺陷。因此，用体外3D培养的类器官替代器官芯片中传统2D培养细胞就成为器官芯片技术进步的必然选择。

       类器官芯片正是用三维(3D)细胞或类器官取代器官芯片中的二维(2D)细胞的方法推陈出新（相当于旧瓶装新酒）建立的新模型。采用嵌入水凝胶基质中的HepG2和NIH-3T3细胞的共培养物形成肝脏类器开发的药物筛选的微流控类器官芯片MODS，被成功用于不同浓度对乙酰氨基酚对细胞凋亡和坏死影响的药物早期肝毒性实验。研究显示，HepG2细胞和NIH-3T3细胞在水凝胶3D环境下培养，表现出成纤维细胞依赖性收缩行为，与同类2D细胞培养相比，白蛋白分泌谱和细胞色素P450 3A4活性更能好地模拟体内肝组织的功能状态。

       与常规基于超低吸附表面的多孔细胞培养板实施的3D类器官培养模式比，类器官芯片依托微流控装置构建，流道、培养腔均为毫米尺度规格，可以控制单个细胞凝胶团运动，可让单个类器官的差异性研究成为可能，适合药物浓度梯度实验和不同对照实验，不仅大幅节省实验过程类器官和试剂材料用量。而一个芯片上将多个培养腔集成，则成倍提高实验通量。而微流控技术控制细胞培养基、气体的输送供应，免除了类器官芯片的培养液定期更新的人工操作。最关键一点是，微流控控制模式，改善了传统静态类器官培养方式中营养代谢物交换扩散效率低下的问题，类器官随时处于稳定、可靠的培养条件中（正所谓：问渠哪得清如许，唯有源头活水来）。此外，在单一类器官芯片基础上，还可以将种类器官集成在一个芯片上，为设计开发多脏器类官芯片和人体仿真芯片成为可能。

6）类器官组装体(Assembloid)

       类器官组合体是指将多个不同细胞类型构成或组织类型的类器官置入同一个培养体系实施共同培养生成具有复杂结构的复合型类器官，模拟体内真实器官的组织结构、发育特点。如一个脑类器官与一个肌肉类器官相连，以模拟肌肉组织的神经支配(innervation)。以肠道和胃类器官耦合以模拟消化道(gastrointestinal tract)。这些类器官组装体模型能提供关于体内整体复杂生理或病理过程的深入见解。人脑类器官组装体是通过组装两个或更多脑区特异性类器官或将其他谱系细胞整合到脑类器官中而成的复杂结构，能够反映器官与器官或器官与细胞的相互作用，，模拟更复杂的神经发育过程，作为研究神经回路的结构和功能的人源性模型，对深入理解神经精神疾病的发病机制以及开展药物筛选具有特殊价值。 

7）类器官异种嵌合体(interspecies Chimera)

       相当于将一个物种细胞生成的类器官人工植入到异种动物体内的研究模型。如将体外培养生成的人类类器官移植到动物体内，以在模拟类器官生长发育依赖的组织微环境条件，以促进其进一步发育和生理整合，改善血管化形成和类器官的成熟度(maturation)。2022 年，研究人员突破性地实现了人类大脑类器官与大鼠大脑的连接，使得人类神经元与大鼠神经元的突触建立连接，并控制大鼠的行为。在此基础上，将人脑类器官植入视觉皮质受损的大鼠脑部，不仅成功实现了人- 鼠脑的整合，并对视觉刺激产生反应，迈出了利用脑类器官修复受损大脑的第一步。通过多能干细胞注射进行囊胚互补被认为是产生异种器官的最有前途的方法。但伦理规范限制了对胚胎发育晚期人类嵌合体的研究。灵长类动物胚胎干细胞具有与人ESC相似的多能性，是研究种间嵌合体和器官生成的良好模型。但灵长类动物ESC是否可用于异源性移植不清楚。中国科学院的研究团队采用一种优化的培养基，增强了食蟹猴 （Macaca fascicularis） 胚胎干细胞（cmESCs）的抗凋亡能力并改善了嵌合胚胎的发育，将驯化的食蟹猴（Macaca fascicularis）胚胎干细胞（cmESCs）注射到猪囊胚中所得的嵌合胚胎后，可分化成全部三个胚层的细胞。并在所得的新生异种间嵌合体观察到组织特异性cmESCs分化，表明cmESCs能够在猪模型中整合和分化为功能细胞。因此，类器官异种嵌合体展现了通过种间囊胚互补在大型动物模型中产生人体组织器官的技术可行性和再生医学技术发展应用的前景。

1.3 各国对类器官实验技术发展的引导和推动

       为适应全球范围内类器官技术在临床前基础研究和新药开发产业应用发展形势，各国监管部门先后出台了政策规范加以引导和对研究的扶持政策。

       继美国《2022年食品和药品修正案》批准采用细胞学实验、器官芯片和微生理系统测试结果作为药物申请IND的“非临床检测”依据后，2024年1月，我国国家药品监督管理局制定的《人源干细胞产品非临床研究技术指导原则》正式颁布并施行。该文件指出，在缺少相关动物种属/模型时，基于细胞和组织的模型（如2D或3D组织模型、类器官和微流控模型等）测评数据可作为非临床有效性和安全性的评估的有效补充。类器官技术获得监管机构的认可，表明其应用前景不再是“具有潜力”，而是已转化为切实的“可行性”。类器官代表的NAMs开发应用将驶入快车道，有望成为临床前研究的主流技术路径。

       类器官技术应用合法化基础上，各国都加大了类器官技术研究资助力度，以促进类器官领域从技术研发到产业应用发展和保持优势地位。

       2021 年，欧盟启动了一项在“地平线欧洲”（Horizon Europe）框架下的HYBRIDA项目专门用于支持和引领类器官等新型研究模型的开发。

       美国白宫科技政策办公室2023年《生物技术与生物制造宏大目标》报告提出推动类器官领域的技术创新，并将其广泛应用于基础和转化研究领域。

       2021年，我国科技部发布的“十四五”国家重点研发计划鼓励开发和利用类器官技术。首批启动的“干细胞研究与器官修复”重点专项中包括了“建立基于干细胞、类器官和人源化动物的疾病模型”的专项。2022年重点专项的“基于干细胞的疾病模型”模块中，明确指出支持针对肿瘤建立“包含血管、免疫细胞、多细胞类型、多脏器或多区域的复杂3D类器官模型”研究。

二、类器官技术目前面临的主要技术瓶颈

       盛名之下，其实难副。尽管类器官的研究和开发应用目前在科研和制药界如今可谓炙手可热，但类器官技术体系尚未完全成熟。抛开构建类器官或类器官芯片的细胞来源、具体目标器官类型（组织类器官\类器官芯片\多器官芯片）、研究目的（基础研究\临床前研究\临床应用研究\生物生产）和类器官技术应用所涉及的伦理问题，还存在多个难题有待突破。

       首先，是类器官、类器官芯片和类器官嵌合体对目标组织器官真实体内环境还原程度不够。

       在体的器官均是各种细胞类型的集合体，细胞与周围微环境之间存在多向相互作用，参与组织形成、维持稳态和功能稳定。而类器官培养体系中微环境相关细胞成分缺乏，类器官缺少有效的神经支配、毛细血管网络及相应的血管循环结构、免疫微环境，则难以完全重现各种器官的整体结构、细胞组成、真实器官所处生理环境和一些重要的生理过程。常规类器官静态培养体系中，由于缺乏功能性循环系统，物质交换完全依赖物质在培养基质中的被动扩散而效率低下。随着类器官体积快速增长，营养物质和氧气向中心区域的扩散能力逐渐下降，中央区域细胞因物质交换不良而出现细胞坏死。在1-3个月的类器官培养过程中，每2 – 3天需更换培养基、每5 – 7日安需传代1 次。尽管耗费大量人力实验材料，类器官内细胞的活力依然不足，造成类器官体积受限（大部分类器官尺寸为微米至毫米级，肿瘤类器官直径通常为100 ~ 500μm，3D悬浮培养中生长的脑类器官球体可以达到3-4mm直径），大量细胞死亡损失，限制了类器官的结构与功能完整性、稳定性和器官发育成熟度。

       为此，在大脑皮层类器官研究中，开发了切片新皮质类器官系统（sliced neocortical organoid system, SNO），将类器官并置于带抗CO2振荡摇床的CO2培养箱或旋转生物反应器与类器官切片方法相结合，以克服培养基物质交换扩散极限，SNO培养系统中的类器官可以维持长达一年，极大地促进大脑皮质类器官发育，特别适合人脑皮质发育和精神疾病中调节人类皮层神经元亚型命运的分子机制的研究。

       而针对常规CO2静态培养条件体系中，采用多种细胞成分共培养的方法以重构体内的细胞微环境是较为流行的策略。如类器官与血管内皮细胞（endothelial cell，EC）共培养实现类器官血管化，可为复制实体器创造高度相似的内部环境。在超低吸附培养板中共培养血管内皮细胞、多能干细胞以及多能干细胞来源的肝内胚层细胞，经过诱导分化成功形了成自发血管网络的肝脏类器官，能够更加真实地反映肝脏类器官的发育或病理状态，为研究肝脏生理功能和肝脏疾病发生发展机制提供了新途径。子宫内膜是一种多细胞组织，它包括构成子宫内膜表面的单层柱状上皮细胞和位于腔上皮下方的管状腺上皮组成。缺乏具有典型腔上皮样结构以及与体内子宫内膜解剖结构类似的体外模型，是深入研究不孕症和复发性流产、子宫内膜疾病等疾病的最大障碍。研究人员首先通过一系列实验优化上皮细胞和基质细胞共培养的最佳比例，并改善了培养类器官的细胞外基质，使之物理硬度及生理环境更利于子宫内膜细胞的生长发育，用气液界面培养方法（模拟体内子宫内膜腔面仅被黏液层覆盖的上皮结构的特殊体内环境），最终形成包含腔上皮、腺上皮及基质细胞的内膜类器官，准确再现了体内子宫内膜的细胞组成、解剖结构和月经周期性变化等特征。 

       其次，是类器官的培养对非人源成分细胞外基质的依赖。

       类器官实验技术实用化离不开培养试剂创新的产物。Matrigel是从富含胞外基质蛋白的EHS小鼠肉瘤中提取的可溶性基底膜提取物。在室温条件下，Matrigel聚合形成具有一定孔隙和刚性的三维基质，可模拟体内细胞基底膜的组成结构、物理特性，为细胞粘附、细胞迁移提供机械支持形成稳定的组织结构，并介导细胞的迁移、定位、极化和信号传导。当前类器官培养中常用Matrigel 水凝胶，包含有层粘连蛋白、Ⅳ型胶原、巢蛋白、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖和包括TGF-ß、表皮生长因子、类胰岛素生长因子等在内的多种生长因子等。成份复杂 且具有批次间差异，导致类器官培养体系的不稳定。在处理培养基非人源成分和其他干扰因子的问题上，目前尚未找到非常有效的解决方法，给类器官标准化生产带来困难。化学合成的培养基质虽然可控性好，但生物活性低，难以用于不同类型细胞的共培养。 

       第三，也是最重要一点，类器官构建技术标准体系的不完善。 

        作为近10年来生物医学和临床医学最热门的前沿技术之一，类器官技术研究应用进展迅猛，人体各个器官均有其类器官的建立及应用的报道。

        类器官构建操作流程涉及到组织样本前处理、原代细胞分离培养、干细胞重编程诱导、干细胞的分化培养、3D类器官培养、类器官传代扩增、低温贮藏与复苏。为确保确保产出的类器官模型的稳健性，从原代细胞、诱导多能干细胞和最终生成类器官，过程的关键节点需进行相应质量控制。最终生成的类器官，从形态结构、功能活性检测到表型表征分析。

        不同组织细胞来源的类器官（如肝脏、肠道、心脏等），培养方法等存在差异。目前，多数实验室条件下的类器官的培养主要依赖于主观经验和手工操作。诸如培养基和组成和更新频次、传代培养时机的把握、诱导分化过程中添加生长因子的种类和时机控制等，不同实验室构建的类器官模型间会存在差异。

        类器官虽能保留亲本组织的遗传特征和生物学功能，但长期传代、冷冻保存和复苏再培养对其分子特性的影响研究尚不十分明确，而对生成类器官的细胞传代代数，不同组织器官类型要求并不一致。

        与相对应的器官拥有类似的空间组织并能够重现对应器官的部分功能。选择能准确反映类器官质量和功能的指标，以确定类器官在多大程度上还原了体内器官真实情况，并据此作为类器官质量评价标准，仍充满挑战性。一是因为不同种类的类器官功能不同，表征其结构、功能活性、生物标志物的检测方法与指标不同。二是不同实验室硬件资源配置不一，可利用的硬件条件参差不齐，给制定统一的类器官表征标准带来困难。

三、类器官研究应用相关技术标准制定工作亟待提速

        在类器官研究中，类器官模型质量的长期稳定性和可重复性最为关键。而类器官全流程操作及构建质量评估方法的体系化、标准化建设，确保不同实验室之间的类器官培养结果具有可比性，对推动类器官技术从实验室研究走向临床应用与产业化发展而言，具有重要意义。                                              

        自2022年《人胃肠上皮组织类器官的构建与保藏操作指南》发布实施以来，国内已出台12部类器官相关团体标准标准，其中一半为各种肿瘤类器官标准，非肿瘤类器官仅涉及胃、肠肝脏等少数几种消化系统类器官。国内外研究热点类器官、疾病模型，如脑类器官、肺类器官、肾脏类器官等及临床常见病、基因遗传性疾病模型，基本属于空白状态。已发布的团体标准中，动物组织来源干细胞的诱导操作环节相关内容欠缺，依然处于不完善状态。国家层面类器官技术相关的基础性标准规范尚未形成。

        有学者指出，类器官标准化范围须覆盖类器官制备操作的全流程，应包括用于类器官培养的干细胞的准备、内外源性诱导分化因子的种类选择、剂量和时机、培养环境的物理/化学特性、实验过程质量控制等全要素。

        据悉，为推动类器官产业的标准化发展，默克、诺华等大型跨国药企组成的国际药物研发创新与质量联盟（IQ Consortium），已发布了肝、肾、肺等类器官芯片模型行业标准。

        欧洲是类器官实验技术的最早诞生地，在2021年类器官研究资助计划HYBRIDA Project启动后，欧盟即召集英国、法国、荷兰、丹麦、比利时和挪威等国科学家着手类器官相关技术规范——《关于类器官和类器官相关技术的操作指南》的编制。该指南在欧盟内部多次讨论，于2024年10月审定并正式颁布施行。