动态微生理系统彻底改变基础研究，医疗保健和动物福利-1

t4研讨会的报告

Biology-Inspired Dynamic Microphysiological System Approaches to Revolutionize Basic Research, Healthcare and Animal Welfare

生物启发的动态微生理系统彻底改变基础研究，医疗保健和动物福利

UweMarx1，2，SonjaBeken3，ZaozaoChen4，Eva-MariaDehne1，AnnDoherty5，LornaEwart6，SuzanneC.Fitzpatrick7，LindaG.Griffith8，ZhongzeGu4，9，ThomasHartung10，11，JamesHickman12，DonaldE.Ingber13，SeiichiIshida14，15，JayoungJeong16，MarcelLeist11，LisaLevin17，DonnaL.Mendrick18，GiorgiaPallocca19，StefanPlatz5，MarianRaschke20，LenaSmirnova10，DaniloA.Tagle21，MartinTrapecar22，BasW.M.vanBalkom23，JannyvandenEijnden-vanRaaij24，AndriesvanderMeer25，andAdrianRoth26

1TissUseGmbH，德国柏林；2柏林工业大学，德国柏林；

摘要

定期举办的基于生物启发的微生理系统（MPS）的t4研讨会已成为评估MPS领域基本科学、工业和监管趋势的可靠标准。2023年研讨会参与者得出的结论是，学术界MPS技术的应用已经逐渐成熟，高质量研究文献数量的稳步增加就证明了这一点，但MPS在工业上的大规模应用进展缓慢。MPS的学术研究主要关注在基于MPS的器官模型中准确重现人类生物学，以实现突破性发现。本报告总结了这些发展的例子。 此外，我们还重点关注上一次研讨会期间确定的关键挑战——弥合学术界、监管机构和行业之间的差距。我们还就克服MPS衍生数据的信任和接受障碍发表评论--后者在监管环境中尤其重要。已审查2020年报告中详细介绍的建议的实施状况。得出的结论是，利益相关者之间的沟通已显着改善，而与监管接受相关的建议仍需实施。与会者指出，更多地将这些技术转化为工业用途和监管决策的剩余挑战将需要在明确定义的使用资格背景上进一步努力，并提高标准化。这将使MPS数据更加可靠，并最终使这些新颖工具在经济上更具可持续性。对2015年研讨会的长期路线图进行了严格审查和更新。本报告总结了对下一个时期的建议和展望。 

1介绍 

自2015年以来，欧洲动物测试替代品中心（CAATEurope）每四年定期举办一次关于基于生物启发的微生理系统（MPS）的研讨会（2015年、2019年、2023年）。它们已成为所有利益相关者的有效总体沟通平台。结果已作为同行评审、开放访问的t4研讨会报告发布，并应为MPS开发的下一阶段提供指导。第一份报告于2016年发布，介绍了这个新领域，提供了定义，根据行业需求回顾了现状，并概述了未来25年的MPS路线图（Marx et al，2016）。图1展示了2015年绘制的路线图。 2015年研讨会参与者预计，到2020年左右，第一个单器官和多器官芯片MPS（分别为图1红色和蓝色箭头）将被工业最终用户采用用于内部毒性测试和作用模式研究。 随后，预计将第一个基于单器官和多器官芯片的测试推进到经过验证的安全性分析，为药物开发的监管决策提供信息，这将从2020年起成为现实。第一个人体芯片模型（白色箭头）预计将于2020年由学术实验室开发，随后进入制药实验室进行全身毒性测试、疾病建模和片上临床试验。最后，学术研究预计将通过确保2020年至2030年期间体内芯片解决方案中器官的自体单供体性质来开发新型个性化“芯片上的你”解决方案。此类个性化工具预计将为针对患者特定的精准医疗方法提供信息。该路线图反映了美国国立卫生研究院（NIH）/国家转化科学推进中心（NCATS）的愿景，即自2012年以来，将MPS用于疾病建模、功效研究和NIH组织芯片计划资助的芯片上临床试验1。 继MPS领域的进一步发展和扩展后，2020年发布的第二份报告讨论了路线图上的成就和挑战（Marx et al，2020；Roth et al，2021）。学术界观察到建立体内芯片系统的研究活动有所减少，这可能是因为它们最终的生物复杂性以及单器官和多器官芯片解决方案商业化的价值和可能性要高得多。事实上，研讨会参与者观察到，随着第一个强大的商业平台进入全球学术和工业实验室，单器官和多器官芯片工具的研究和开发呈指数级增长（Nguyen et al，2023）。2019年研讨会指出了行业采用MPS领域的全球利益相关者沟通差距，以及监管机构接受的基于MPS的决策的资格和验证方面的重大障碍。研讨会就如何应对这些挑战提供了详细建议。     图1：2015年红、蓝、白箭头中描绘的减少和替换动物的路线图 ——分别是基于单器官、多器官和人体芯片MPS的方法的转化影响。点状黑线标志着当前研讨会的举行时间（Uwe Marx等，2016年）。      传统上，术语MPS（也称为芯片上器官、多器官芯片或芯片上身体系统）仅用于最复杂的体外系统，该系统涉及至少一种流体流经一个或多个三维（3D）组织培养室。后者可以机械或电气相结合。随着最近在模拟传统静态3D组织培养、静态生物打印组织培养、静态类器官或针状培养以及静态、基于膜的、多细胞、屏障器官模型培养中的生理学方面的显着改进，所有这些培养系统都已被归类为MPS。现在对静态MPS和动态MPS进行了区分，本次CAAT研讨会的重点仍然是动态MPS。补充文件2中提供了新方法、微生理系统、动态MPS、使用背景（CoU）、药物非临床研究质量管理规范（GLP）和标准化的定义。 动态单器官和多器官芯片MPS的建立在过去四年中取得了显着进展。 一方面，各种新的动态MPS开发都集中在尚未建立的单一或多器官模型上，这些模型对人体器官生物学的模仿程度不断提高。另一方面，运行既定动态MPS方法的市售动态MPS平台的数量及其广泛分布到学术研究实验室的数量呈指数级增加，使得使用这些现有动态MPS的基础学术研究和发现活动出现前所未有的激增（Nguyen et al，2023）。 因此，2023年CAAT研讨会的三个工作组重点讨论了以下三个问题：1.）如何在基于MPS的器官建模中匹配人类生物学？本文分析总结了新型单器官和多器官芯片模型开发领域的最新趋势和挑战。 2.）基于MPS的模型能否在人类生命科学中实现颠覆性发现？在这里，参与者的目标是了解在学术和工业研究中使用现有的动态MPS工具是否已经导致对疾病机制的新见解或对其治疗的新发现。 3.）如何实现基于MPS的医疗保健决策，包括监管认可？该工作组的参与者分析了动态MPS在药物开发及其监管方面的使用所取得的进展。他们审查了报告期内上一次研讨会建议的执行情况。 研讨会汇集了来自9个国家学术界、供应商行业、最终用户行业和监管机构的27名代表，进行审查和讨论，并随后撰写了本报告。