（一）引言：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)困境

在醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)期以來(lái)被視為藥物安全性評(píng)價(jià)和療效驗(yàn)證的“金標(biāo)準(zhǔn)”。然而，這一傳統(tǒng)模式正面臨多重挑戰(zhàn)：實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高昂、倫理爭(zhēng)議不斷，更關(guān)鍵的是，動(dòng)物模型與人體反應(yīng)的差異可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差，直接影響新藥研發(fā)的成功率。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過(guò)90%的候選藥物因動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與人體試驗(yàn)結(jié)果不一致而在臨床階段失敗。在此背景下，全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)與醫(yī)藥企業(yè)開(kāi)始尋求變革，而數(shù)智化技術(shù)的突破正為這一轉(zhuǎn)型提供核心驅(qū)動(dòng)力。

（二）政策東風(fēng)：替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的全球浪潮

2022年底，美國(guó)《FDA現(xiàn)代化法案2.0》的簽署標(biāo)志著歷史性轉(zhuǎn)折——新藥IND（臨床試驗(yàn)申請(qǐng)）申報(bào)中允許使用器官芯片、計(jì)算機(jī)模型等非動(dòng)物方法。此后，F(xiàn)DA加速推進(jìn)多中心驗(yàn)證項(xiàng)目，將類(lèi)器官/器官芯片、人源細(xì)胞模型與AI系統(tǒng)納入毒理與療效評(píng)價(jià)體系。

2025年1月，美國(guó)FDA發(fā)布提供了關(guān)于使用人工智能（AI）支持藥物和生物制品監(jiān)管決策的指南草案。該指南旨在為藥品和生物制品的開(kāi)發(fā)者和相關(guān)研究者提供使用AI支持監(jiān)管決策的建議。適用范圍：指南涵蓋了藥物產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段，包括臨床前、臨床、上市后和制造階段。

2025年4月10日，F(xiàn)DA發(fā)布的《減少臨床前安全研究中動(dòng)物測(cè)試路線圖》系統(tǒng)性地提出了通過(guò)“新方法學(xué)”（NAMs）替代傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的戰(zhàn)略框架。NAMs涵蓋器官芯片、計(jì)算機(jī)建模（如AI預(yù)測(cè)、PBPK模型）、體外人類(lèi)細(xì)胞系統(tǒng)等，旨在克服動(dòng)物模型在預(yù)測(cè)人類(lèi)藥物反應(yīng)中的局限性（如90%動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功的藥物在人體試驗(yàn)中失?。?。

無(wú)du 有偶，2025年3月12日-14日，我國(guó)自然科學(xué)基金委醫(yī)學(xué)科學(xué)部“AI與醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究及轉(zhuǎn)化”戰(zhàn)略研討會(huì)在上海召開(kāi)。自然科學(xué)基金委黨組成員、副主任張學(xué)敏，自然科學(xué)基金委咨詢(xún)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)高瑞平，自然科學(xué)基金委醫(yī)學(xué)科學(xué)部主任喬杰出席會(huì)議并致辭。

2025年04月03日，中國(guó)工業(yè)和信息化部等七部門(mén)印發(fā)《醫(yī)藥工業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型實(shí)施方案（2025—2030年）》，明確將“動(dòng)物模型數(shù)據(jù)挖掘與虛擬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)”列為關(guān)鍵技術(shù)場(chǎng)景，旨在通過(guò)數(shù)智化手段減少對(duì)活體動(dòng)物的依賴(lài)。政策與技術(shù)的雙重推動(dòng)下，平均每只實(shí)驗(yàn)猴單價(jià)5萬(wàn)美元的“猴子下崗失業(yè)”不再是一句戲言，而是醫(yī)藥工業(yè)向更高效、更精準(zhǔn)、更倫理方向邁進(jìn)的現(xiàn)實(shí)寫(xiě)照。

（三）技術(shù)突破：虛擬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)踐

根據(jù)《實(shí)施方案》所述，虛擬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的核心在于“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”與“模型仿真”，這一技術(shù)路徑不僅降低了實(shí)驗(yàn)成本，更將傳統(tǒng)數(shù)月至數(shù)年的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)周期壓縮至數(shù)周，同時(shí)規(guī)避了倫理爭(zhēng)議。

1. 數(shù)據(jù)整合與建模：通過(guò)挖掘歷史動(dòng)物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合生物信息學(xué)與AI算法（如決策樹(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），構(gòu)建動(dòng)物造模的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，模擬藥物代謝、毒性反應(yīng)等復(fù)雜過(guò)程；  

2. 動(dòng)態(tài)優(yōu)化與預(yù)測(cè)：利用數(shù)字孿生技術(shù)，在虛擬環(huán)境中實(shí)時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，預(yù)測(cè)藥物在不同生理?xiàng)l件下的反應(yīng)，顯著縮短研發(fā)周期；  

3. 跨物種一致性提升：通過(guò)對(duì)比動(dòng)物模型與人體臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立關(guān)聯(lián)模型，減少跨物種數(shù)據(jù)偏差，提高新藥研發(fā)成功率。  

（四）Kirkstall Quasi Vivo器官芯片與類(lèi)器官：替代實(shí)驗(yàn)的“微觀革命”

虛擬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的落地離不開(kāi)底層技術(shù)的支持，而類(lèi)器官（Organoids）與器官芯片（Organ-on-a-Chip）的崛起成為關(guān)鍵突破口：  

4.1 類(lèi)器官：利用干細(xì)胞技術(shù)構(gòu)建的三維微器官模型，可高度模擬人體器官功能。例如，肝臟類(lèi)器官能精準(zhǔn)反映藥物肝毒性，替代傳統(tǒng)動(dòng)物肝損傷實(shí)驗(yàn)；  

4.2 器官芯片：通過(guò)微流控技術(shù)集成人體細(xì)胞與生物材料，模擬器官間相互作用。如“肺芯片”可動(dòng)態(tài)測(cè)試藥物對(duì)呼吸道的影響，提供比動(dòng)物模型更貼近人體的數(shù)據(jù)。  

Kirkstall Quasi Vivo 3D類(lèi)器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)系統(tǒng)，它通過(guò)在類(lèi)器官芯片上集成多個(gè)模擬不同器官的微環(huán)境，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)器官模擬物之間的相互作用和信號(hào)傳遞。這種系統(tǒng)能夠模擬體內(nèi)復(fù)雜的生理過(guò)程，包括藥物代謝、毒性反應(yīng)以及疾病進(jìn)展。

《實(shí)施方案》中提到的“動(dòng)物替代需求高、與人體結(jié)果一致性有偏差”問(wèn)題，正通過(guò)這類(lèi)技術(shù)逐步解決。AI算法的引入進(jìn)一步強(qiáng)化了數(shù)據(jù)分析能力，例如，利用深度學(xué)習(xí)優(yōu)化器官芯片的設(shè)計(jì)參數(shù)，或通過(guò)遷移學(xué)習(xí)將小樣本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擴(kuò)展為通用模型。

（五）行業(yè)影響：效率、倫理與商業(yè)價(jià)值的共贏

數(shù)智化轉(zhuǎn)型帶來(lái)的不僅是技術(shù)迭代，更是全產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)：  

1. 研發(fā)效率躍升：虛擬實(shí)驗(yàn)與器官芯片可將臨床前研究成本降低50%-70%，同時(shí)提高數(shù)據(jù)可靠性；  

2. 倫理合規(guī)升級(jí)：減少活體動(dòng)物使用符合ESG（環(huán)境、社會(huì)與治理）投資趨勢(shì)，助力藥企塑造社會(huì)責(zé)任形象；  

3. 商業(yè)模式創(chuàng)新：CXO（醫(yī)藥合同研發(fā)生產(chǎn)組織）加速布局自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室與智能臨床研究平臺(tái)，提供“端到端”數(shù)智化服務(wù)，搶占新藥研發(fā)價(jià)值鏈高地。  

（六）未來(lái)展望：從替代到超越

隨著類(lèi)器官/Kirkstall Quasi Vivo串聯(lián)式器官芯片的標(biāo)準(zhǔn)化、AI模型的泛化能力提升，虛擬實(shí)驗(yàn)有望che di改變醫(yī)藥研發(fā)范式。下一步，技術(shù)融合將成為焦點(diǎn)——例如，將Kirkstall Quasi Vivo器官芯片數(shù)據(jù)與患者真實(shí)世界數(shù)據(jù)（RWD）結(jié)合，構(gòu)建個(gè)性化藥物評(píng)價(jià)體系；或通過(guò)量子計(jì)算加速超大規(guī)模分子模擬，實(shí)現(xiàn)AI“全虛擬藥物開(kāi)發(fā)”。監(jiān)管層面，全球協(xié)調(diào)框架的建立（如中美數(shù)據(jù)互認(rèn)）將成為技術(shù)落地的關(guān)鍵保障。  

“猴子面臨下崗失業(yè)”背后，是人類(lèi)用智慧與技術(shù)在醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域書(shū)寫(xiě)的全新篇章。這場(chǎng)變革不僅關(guān)乎效率與成本，更體現(xiàn)了科學(xué)對(duì)生命的敬畏：以更精準(zhǔn)的方式探索健康，以更文明的態(tài)度對(duì)待自然。

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