【专家视角】复旦大学、上海交通大学等EST｜类器官技术打破毒理学研究孤岛 ...

LOVE柏木由纪

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近日，复旦大学、上海交通大学等机构的研究团队在环境科学领域顶级期刊《Environmental SCIence & Technology》发表重磅研究，提出以类器官技术为核心的整合性系统方法，为解决环境污染物的人类相关毒性评估难题提供了全新思路。该研究打破了传统毒理学研究的 “孤岛效应”，推动环境健康风险评估向更精准、更贴合人类生理的方向迈进。

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3 V7 |" C% {: a; z7 Q1 Y" d8 H传统毒理学的瓶颈与变革需求
环境污染物（如持久性有机污染物、微塑料等）对人类健康的威胁日益凸显，但当前毒性评估体系仍面临重大局限。传统依赖的动物模型存在种属特异性差异，难以准确复刻人类生理反应；2D 细胞培养则因简化的组织架构和细胞相互作用，无法捕捉污染物引发的复杂生物学效应。随着欧盟、美国 EPA 等机构逐步减少动物实验的政策推进，开发人类相关、机制明确的替代模型已成为全球环境毒理学研究的迫切需求。
类器官：连接分子与人体的核心桥梁
: K* G- ]) S% Y. I类器官作为一种三维培养系统，通过多能干细胞、成体干细胞或患者组织样本自我组织形成，能够精准复刻人体器官的特异性结构、细胞异质性及供体特征。与传统模型相比，类器官兼具高生理相关性与伦理优势 —— 既保留了人类基因背景和组织功能，又避免了动物实验的伦理争议，同时支持长期稳定培养和基因编辑操作，成为连接体外机制研究与人体健康结局的关键桥梁。
4 e$ g2 R" q, A# m( l研究显示，类器官已成功应用于肝、脑、甲状腺等多个器官的毒性评估：暴露于镉的心脏类器官会出现异常腔室结构形成，这一发育毒性表型在 2D 细胞培养中完全无法捕捉；而肠道类器官则能清晰呈现纳米塑料在不同肠细胞亚群中的差异化蓄积模式，为解析污染物的靶向毒性提供了全新视角。
0 H/ m* G. h' W6 A三大核心应用场景突破研究边界
该研究系统阐述了类器官在环境毒理学中的三大核心价值：

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• （1）发育毒性精准评估
  

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  5 s+ H7 b. w% m5 L多能干细胞衍生的类器官可重现人类器官发生过程，揭示重金属、内分泌干扰物等污染物对胚胎发育的潜在影响，为胎儿期暴露风险防控提供科学依据。
  
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• （2）暴露 - 效应因果链解析
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  通过整合多组学、活细胞成像等技术，类器官能够在受控条件下建立污染物分子扰动与组织功能损伤的因果关联。例如，气道类器官研究明确了 PM2.5 的呼吸道毒性主要源于共存的多环芳烃，而非元素碳本身，解决了长期以来的学术争议。
  
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• （3）个体易感性差异化分析
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  . ]: X2 J; l+ P! y$ N) S患者来源类器官（PDOs）保留了捐赠者的遗传背景和健康史，可揭示不同个体对污染物的敏感性差异。研究发现，吸烟人群与非吸烟人群的肺类器官对颗粒物的炎症反应存在显著差异，为精准防护易感人群提供了技术支撑。
  
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下一代技术升级：迈向系统级评估
为进一步提升类器官的应用价值，研究团队提出三大技术升级方向：开发血管化多器官芯片系统，模拟器官间相互作用与污染物全身分布；整合单细胞组学技术，解析污染物对不同细胞亚群的特异性影响；构建高通量筛选平台，结合 AI 图像分析实现大规模化学物毒性快速评估，部分模型的神经毒性预测准确率已超 90%。
; v3 G: P" }5 b# u% I尽管类器官技术仍面临批间差异、标准化流程缺失等挑战，但研究团队指出，将类器官数据与生理药代动力学（PBPK）、定量系统毒理学（QST）模型结合，可实现从体外机制到人群风险的定量转化，最终为化学物风险评估和监管决策提供全方位支撑。
2 n. e# z! x! N该研究由国家自然科学基金和国家重点研发计划资助，彰显了我国在环境毒理学前沿技术领域的领先布局。随着技术的持续成熟，类器官有望重塑环境健康研究格局，为全球环境污染物的精准防控和公共健康保护提供强大工具。