综述：动物无安全测试的黎明：21世纪毒理学中新方法学的全面评述

《Next Research》：The dawn of animal-free safety: A comprehensive review of new approach methodologies in 21st century toxicology

本综述系统阐述了21世纪毒理学领域新方法学（NAMs）的发展脉络，涵盖体外（in vitro）模型从2D到3D（类器官、微生理系统等）的技术演进，以及计算机（in silico）方法中人工智能（AI）与机器学习（ML）在预测毒性中的应用。文章强调通过整合测试与评估（IATA）和不良结局通路（AOP）框架，构建人类相关性强、高效且符合伦理的下一代风险评估（NGRA）体系，为推动完全替代动物实验的毒理学范式转型提供了前瞻性视角。

　　

体外NAMs：构建人类相关生物系统

推动动物无毒理学转型的关键动力之一是体外NAMs的演进与广泛应用。这类方法在实验室受控环境中研究化合物对生物系统的直接效应，通常采用人类细胞或组织。从简单细胞培养到复杂多器官系统的演进历程，极大提升了其预测能力与人类相关性，为化学物质引发的细胞和分子事件提供了新见解。

传统二维（2D）细胞培养虽具基础价值，但难以模拟人体组织的三维结构与生理复杂性。为突破此局限，领域内正积极发展三维（3D）模型，如类器官、球状体及微生理系统（器官芯片）。这些先进模型能更好地再现人体生物学特性，有助于识别器官特异性毒性，并提升对化合物毒性的预测准确性。尤其值得关注的是，高通量（HTS）与高内涵筛选技术与各类组学（如基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学）的结合，为大规模筛查分子起始事件与不良结局通路带来了革命性突破。

整合测试与评估（IATA）与不良结局通路（AOPs）

当代毒理学中NAMs的真正力量并非源于其孤立应用，而在于整合实施的策略。单一的体外实验结果或计算机预测结果虽具参考价值，但通常难以全面反映毒理学危害或风险的全貌。整合测试与评估（IATA）正是为此提供了一种整合多元数据流的框架性结构。

许多IATA活动的核心是不良结局通路（AOP）范式。AOP为评估化学物质安全性提供了结构与机制基础，通过描述从分子起始事件到细胞、组织、器官乃至个体水平的不良结局的连续事件链，将多种NAMs数据流有机串联，从而支撑起更稳健的风险评估。

监管接受与NAMs的实施

NAMs能否发挥预期效益，关键在于其能否被全球监管体系采纳与融合。尽管NAMs进展迅猛，但监管机构肩负着保障公众健康的严格职责，加之历史经验教训，使得新方法的验证与引入必须审慎。

全球监管环境正在逐步调整，已有部分NAMs成功案例被纳入指导原则，但整体仍面临验证标准、数据标准化及利益相关方协调等挑战。未来需持续推动跨领域合作，加速NAMs从科研向法规应用的转化进程。

未来方向、局限性与动物无安全的新前沿

NAMs领域以其快速创新和不断突破科技边界的特性而充满活力。尽管已取得显著进展，但实现完全动物无安全评估仍有距离。当前，若干前沿技术正展现出巨大潜力，例如先进生物打印技术、单细胞技术以及可解释人工智能（AI），这些技术有望进一步提升毒理学评估的预测性、效率及伦理基础。

结论

“动物无安全测试的黎明”已非遥不可及的梦想，而是在道德诉求、对传统动物实验方法的科学性质疑以及市场对精准反映人体反应的高效安全测试需求共同驱动下，日益成为现实。过去二十年间，毒理学领域经历了深刻变革，新方法学（NAMs）——包括先进的体外模型、计算机工具以及整合性策略——正共同塑造着更符合伦理、更具预测性且以人类生物学为核心的安全评估新范式。随着生物打印、单细胞分析及人工智能等技术的持续融合与发展，未来有望最终建立一个100%无需动物、真正以人为中心的毒理学环境，为科学树立全新的伦理视角。