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山中伸彌曾說，相信誘導多能幹細胞（iPS）迄今為止最大的影響不是在再生醫學領域，而在於製造疾病模型、用於藥物發現和毒理學測試。
當前，在網上訂購一隻患有帕金森病的大鼠或一隻糖尿病犬，就像在網購任何產品一樣。但圍繞動物試驗的倫理問題提出了這樣一個問題：是否有同等的相關模型不會牽扯道德倫理？
事實上確實存在替代方案，其中一個選擇是幹細胞。雖然對幹細胞的許多關注一直集中在再生醫學領域的潛力，但它們產生人體組織和建模疾病的能力使其在研發領域也贏得了聲譽。
諾貝爾獎獲得者、日本幹細胞專家山中伸彌（Shinya Yamanaka）曾說過，相信誘導多能幹細胞（iPS）迄今為止最大的影響不是在再生醫學領域，而在於製造疾病模型、用於藥物發現和毒理學測試。
山中伸彌開發了一種能將任何成體細胞轉化為幹細胞的技術，這些源自成人體細胞的幹細胞，被稱為 iPS，對疾病建模而言是一個巨大突破。iPS 細胞無限自我更新的內在能力使其有可能通過分化接受任何細胞的命運。iPS 種類繁多，截至目前已有超過 350 種人類胚胎幹細胞系得到了美國國立衛生研究院的認可。
下面讓我們看看幹細胞在哪些方面能夠動物測試。
幹細胞用於毒性測試
臨床前測試的常規步驟包括使用動物測試來確定候選藥物是否有毒性。除了倫理問題，一些研究指出，動物研究僅能在 70% 的情況下正確預測毒性，使得研究人員失去了寶貴的時間和資源調查錯誤的藥物。
GE 醫療的一個團隊正在開發一種幹細胞模型以避免使用活的生物體。2012 年，他們發表了在心臟細胞中開展的化合物毒性篩選方面令人鼓舞的測試結果。正如預測，細胞被已知的有毒化合物破壞；此外，研究人員還能識別只有在藥物進入市場後才被發現的藥物毒性。
此外，基因泰克已經在使用來自 GE 醫療和 Cellular Dynamics 開發的幹細胞衍生的心肌細胞建立模型測試藥物毒性。採用這一策略，基因泰克正在建立人類細胞模型，這些模型不僅能取代動物模型，而且性能更優，具有更好的再現性和可預測性。
幹細胞可用於疾病建模
公眾很少看到但同樣面臨道德困擾的是，動物被人為設計患上某一種疾病。幸運的是，幹細胞也有可能解決這方面的難題。目前，已有多種遺傳疾病的 iPS 細胞模型，包括像帕金森病一樣的神經系統疾病、血液病、心臟疾病、糖尿病及肝臟疾病等。第一個疾病特異性 iPSCs 的病理學描述是在 2010 年，這些細胞來源於患有一種常染色體顯性遺傳性心臟疾病的患者。
現在，這些組織模型正被擴展成模擬整個器官的系統。2013 年，奧地利研究人員利用 iPS 細胞構建了一個類似於胎兒大腦結構的類腦器官。儘管還很遙遠，但朝著未來建立一個可用於藥物測試的人工大腦方面邁出了重要一步。
2016 年 8 月，美國霍普金斯大學基梅爾癌症中心的研究人員描述了一種由幹細胞構建的髓母細胞瘤的細胞模型，該模型與小鼠模型相比更加精確地重建了患者對藥物的反應。
胃腸道和代謝組織系統也被開發用來研究腸道微生物群並模擬潛在藥物對腸道的作用和毒性。
iPS 細胞的一個主要優點是可被用來製造特定於個體患者的模型，使用來自多種遺傳背景的幹細胞庫資源可實現針對每個患者的個體化遺傳和細胞組成進行個體化的治療。
基梅爾癌症中心的一個團隊認為，由於癌症間的遺傳變異，對一個癌症的有效藥物在另一個具有相似遺傳特徵的癌症中可能有效。通過測序腫瘤的 RNA 並將序列與細胞系的大型數據庫進行比較，他們能將具有特定病理學的患者與已知的有效治療藥物相匹配。
這種方法對各種疾病都可能有效。2015 年，葛蘭素史克宣佈了一項合作，在 ALS 患者中評估抗癲癇藥物，在這項合作中研究人員將來源於每個患者的腦細胞用於確認哪些患者對藥物的反應最佳。
未來還有哪些期待？
儘管目前研究人員已經可以利用幹細胞構建簡單的模型，但在製造一個模型真正複製人體方面仍存在許多挑戰。另外，幹細胞僅限於表現一種特定的組織或器官對藥物的反應，並不能表現身體其餘部分的反應。在藥物開發中，用幹細胞模型完全取代動物試驗還有很長的路要走，但是科學正在接近。
一些製藥巨頭也在朝這方面努力。例如，羅氏與 CDI 簽署了一份 7700 萬歐元的協議，供應 iPSC 來支持新的候選藥物的鑑定。百時美施貴寶以 6.75 億美元收購 iPierian 利用相似的策略開發神經科學候選藥物。
在未來，隨著幹細胞科學的發展，越來越多的製藥巨頭將認識到幹細胞模型的價值，並幫助推動幹細胞模型取代實驗動物成為新的標準。
參考文獻：
Could Stem Cells Replace Animal Testing in Drug Development?
文章原標題：藥物開發新策略：用幹細胞代替動物試驗
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