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近年来，非动物技术（NATs）发展迅速，但动物和非动物模型各有优劣。研究人员围绕二者互补与整合开展研究，发现应综合利用其优势。这为提高临床前研究和治疗开发的准确性与效率提供新方向，推动医学研究进步。
在医学研究的广阔领域中，临床前模型是探索疾病机制、开发治疗方法的重要工具。长久以来，动物模型一直是临床前研究的主力军，为科研人员揭示疾病奥秘立下汗马功劳。然而，随着科技的进步和人们对动物保护意识的增强，传统动物模型的局限性逐渐凸显。比如，动物与人类在生物学和分子细节上存在差异，这可能导致研究结果无法准确预测人类的反应；同时，动物实验成本高、周期长，还面临着伦理争议。
另一方面，非动物技术（NATs）蓬勃发展，给临床前研究带来新的曙光。NATs 涵盖了从计算机模拟（in silico）到细胞无细胞系统、芯片器官以及体外三维细胞培养模型（如类器官）等多种技术。其中，体外类器官模型因其能模拟人体器官的三维结构和部分功能，备受关注。但它也并非完美无缺，存在实验结果变异性大、无法完全模拟体内生理环境等问题。
在这样的背景下，为了突破临床前研究的瓶颈，提高研究的准确性和效率，来自澳大利亚多所研究机构的研究人员 Ruth M. Arkell、Ernst J. Wolvetang 等展开了关于动物和体外非动物临床前模型系统互补与整合的研究。该研究成果发表在《Mammalian Genome》杂志上，为医学研究开辟了新的思路。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是类器官培养技术，利用干细胞在特定条件下培养出类器官，模拟人体器官的部分特征；二是基因编辑技术，对类器官或动物模型进行基因操作，以研究基因功能和疾病机制；三是利用已有的多种动物模型，如小鼠、斑马鱼等，开展相关实验。
动物模型与非动物模型的优势和劣势
研究人员详细分析了动物模型和非动物模型（主要是类器官模型）各自的优缺点。动物模型的优势在于能够从整体生物体层面研究疾病，可考虑到系统效应、多器官间的疾病过程以及行为等复杂属性。同时，有多种模型生物可供选择，能针对不同研究需求开展实验，而且其遗传背景明确，有成熟的遗传工具包。但动物模型也存在不足，如缺乏进化保守性，不同物种间存在生物学差异；成本高、实验周期长；需要严格的遗传稳定性控制；还面临着动物实验伦理和监管要求等问题。
类器官模型的优势则体现在能更精准地模拟人体器官的三维生物学特征，利用人体基因、蛋白质等基因组成分；可以实现个性化，从患者细胞创建类器官进行个性化药物测试；在预测药物疗效和毒性方面更可靠；还能用于高通量筛选，高效评估大量化合物；并且减少了动物实验带来的伦理问题。不过，类器官模型也有自身的弱点，实验结果存在较大变异性，标准化困难；源于多能干细胞的类器官成熟度不足；细胞不进行有性繁殖，难以消除基因工程中的脱靶突变；技术要求高；不能完全重现体内生理过程，也无法模拟慢性疾病或衰老过程；成本也相对较高1。
澳大利亚在非动物技术领域的投入
澳大利亚十分重视 NATs 的发展，其国家科学机构联邦科学与工业研究组织（CSIRO）开展了全国性的调研，明确了 NATs 在学术和商业领域用于医疗产品开发的巨大潜力。通过国家合作研究基础设施战略（NCRIS）计划，澳大利亚政府为相关研究提供支持。例如，Phenomics Australia 不仅为工程动物模型的构建提供基础设施支持，还在 2022 年投入超过 500 万澳元，与多个实验室合作加速 NATs 在临床前研究中的开发和应用。此外，新南威尔士州也积极行动，在 2024 年拨款 450 万澳元建立非动物技术网络（NAT - Net），推动 NATs 的发展和应用2。
模型系统整合的重要性
研究明确指出，NATs 虽强大，但无法完全取代动物模型。为实现发现和转化研究的最大准确性和效率，研究人员应采用整合方法，充分发挥不同模型系统的优势，弥补其局限性。比如，先用人体类器官进行大规模筛选和初步研究，再利用动物模型进行更符合生理环境的评估。这样的整合策略有助于改善患者分层、提高精准治疗效果和临床试验结果。即便类器官模型不断优化，在模拟机体行为、生殖、药代动力学以及系统免疫等方面，仍无法替代动物模型，因此在发现和治疗开发的不同阶段，仍需使用新一代动物模型（如人源化小鼠模型）34。
综上所述，该研究全面剖析了动物和非动物临床前模型系统的特点，强调了二者互补与整合的重要性。这一研究成果为医学研究人员在选择和应用模型系统时提供了科学指导，有助于推动临床前研究和治疗开发的发展，在生命科学和健康医学领域具有重要的理论和实践意义。它促使科研人员更加合理地利用模型资源，提高研究效率，加速新型治疗方法的开发，为人类健康事业带来新的希望。
