背景与动因
动物试验长期以来是药物安全性评估的基石，但其局限性日益凸显：• 科学局限性：超过90%在动物试验中显示安全的药物因人体毒性或无效性失败，尤其在癌症、阿尔茨海默病等领域。
• 伦理与成本问题：动物试验费用高昂耗时久，且非人灵长类动物的使用引发伦理争议。
在2022年底，国会通过了《FDA现代化法案2.0》明确授权使用非动物替代方法（如细胞基础的检测、计算机模型等）来支持新药临床试验申请（IND），并“取消了对生物类似药品许可申请（BLA）中必须使用动物实验的要求”。这一具有里程碑意义的政策赋予FDA接受新方法（NAMs）取代动物实验的权力。这一政策转变在2024年得到进一步推进，FDA科学委员会就非动物替代方法的应用提出了系统性建议。
新方法（NAMs）的核心技术
1. 基于人类的体外系统（类器官和微生理系统）• 类器官与器官芯片：
o 人类干细胞衍生的3D组织模型（如肝脏、肠道类器官）可模拟器官功能。
o 微生理系统（MPS）通过微流控技术实现多器官联动，已用于药物肝毒性评估（如FDA ISTAND试点项目）。
2. 计算机工具与计算建模
• 生理药代动力学（PBPK）建模：PBPK模型是基于物种特异性生理学的药物ADME（吸收、分布、代谢、排泄）数学模拟。它们已成为小分子药物开发的重要组成部分，并越来越多地应用于生物制品。
• ML和AI预测模型：机器学习算法可以通过药物序列特征、结构基序和已知临床结果进行训练。最近开发的ML模型通过分析抗体可变区的氨基酸序列来预测单克隆抗体的免疫原性高低。
• 定量系统药理学（QSP）与生物通路建模：QSP模型结合计算生物学和药理学，模拟药物与复杂人类生物网络的相互作用。
• 生物信息学与计算机脱靶筛查：利用人类蛋白质数据库和AI，可以筛查产品序列是否存在意外靶点（如对人类组织的交叉反应）。
3. 其他创新平台
除了复杂的体外和计算机类别外，多种创新方法也可以为非动物安全性测试生态系统做出贡献：
• 离体人类组织：器官捐赠和组织保存的进步使科学家能够在真实人类组织上测试药物。
• 高通量基于细胞的筛查：使用人类细胞组（包括来自不同遗传背景的诱导多能干细胞衍生细胞）的机器人高内涵筛查可以分析产品对多种细胞类型的影响。
• 人类志愿者的微剂量与成像：在某些情况下，人类微剂量研究可以通过PET成像提供早期药代动力学和分布数据。
• 优化的体内方法（过渡期）：随着领域减少对动物试验的依赖，过渡步骤可以包括优化的体内方法。
上述每种NAM都解决了动物研究目前提供的一个或多个方面，通常具有更高的人类相关性。为了最小化动物测试，必须采用综合策略：例如，结合人类器官芯片（毒性）、PBPK模型（PK）和AI免疫原性预测器，可能覆盖与传统整体动物研究相同的领域，但具有更高的准确性和伦理可接受性。
FDA分阶段实施减少动物毒理试验的计划
短期（1-3年）：1. 探索既有国际数据：确定化合物在已获批国家是否已有人类毒性数据。如果存在国际数据，将鼓励药物和生物制品制造商收集、分析并提供这些数据，FDA将在IND申请中予以考虑。
2. 鼓励申办者提交NAM数据与动物数据并行，以积累经验。例如，向制造商传达欢迎在IND/BLA申报包中提交类器官或计算机研究结果作为支持性数据。
3. 开发开放获取的综合性国际药物毒性数据库：FDA计划扩展US Tox21项目并整合其他现有国际数据库，创建用于毒性建模的综合性数据库。FDA还将与国家毒理学计划（NTP）合作，扩展并验证该数据库。
4. 减少常规6个月灵长类动物毒理试验：对于在1个月研究加NAM测试中未显示风险信号的单克隆抗体，将灵长类动物毒理试验缩短至3个月。
5. 减少其他药物类别的动物毒理试验时长：基于化合物或化合物类别的所有相关临床前信息，以及低毒性风险预测的建模结果，可能对其他药物和生物制品实施缩短的动物毒性测试时间。
6. 定期跟踪和量化毒理试验的变化，尽可能包括以下内容：
(1) 按物种划分的动物试验时间和成本；
(2) 每个IND的毒理试验成本；
(3) 通过NAMs/建模与动物试验识别的安全信号的经济分析；
(4) 毒理试验成本随时间的变化；
(5) 首次在人类中或上市后监测中发现的新型毒性发生率；
(6) 从IND到全面批准的时间。
长期目标（3-5年）：
将动物实验从常规方法转变为例外情况，用于药物在临床前安全性/毒性测试中。到了这个阶段，经过验证的新方法（NAMs）将覆盖所有关键领域，FDA的要求也将转向以新方法为默认标准。仅当某一特定的科学问题无法通过新方法解答时，才可能考虑使用动物实验（即便如此，也只使用最少数量的动物，并需提供充分的科学依据）。最终的愿景是，单克隆抗体（mAb）的安全性评估将不再需要传统动物实验，未来所有药物/治疗手段也将如此。取而代之的，将是一整套综合性的新方法工具箱（包括人源细胞模型和计算模型），成为新的标准方法。
FDA采纳新替代方法（NAMs）的科学与技术步骤
1. 绘制关键终点和应用场景图谱：FDA 应首先识别在药物和生物制品的安全性与有效性评估中，哪些关键问题可以通过新替代方法（NAMs）来替代或补充动物数据。2. 支持新替代方法（NAM）技术的定向开发：FDA 应通过与 NIH及其他机构的研究合作，投入资源推动 NAM 模型的开发。
3. 建立验证与认证路径：持续严格地验证新替代方法（NAM）对于建立其可靠性和获得信任至关重要。
4. 制定监管指南和标准：FDA 将更新或制定指导文件，阐明如何在各类研发项目中使用新替代方法（NAMs）。
5. 培训、沟通与文化改变：为了确保这一转变顺利实施，FDA 必须确保其审评人员和科学家熟练掌握新替代方法（NAM）技术，并对新型证据形式持开放态度。
6. 监测结果并迭代优化：随着新替代方法（NAM）的逐步整合，FDA 应建立指标来监测其在实际应用中的表现（例如，NAM 预测结果与临床试验安全性数据的相关性）。
跨部门协作与政策保障
通过ICCVAM（替代试验方法验证跨机构协调委员会）及其他相关跨机构合作计划建立合作关系。• 协调验证工作；
• NIH（美国国立卫生研究院）的资金与研究支持；
• 共享数据与数据库；
• ICCVAM工作组与推广；
• 跨部门培训与专业交流；
• 通过联邦联盟建立公私合作伙伴关系。
本质上，ICCVAM提供了统一联邦战略的机制。通过与NIH、VA、国防部等合作，FDA可以利用广泛的科学创新资源，比单独行动更快地验证NAMs。这种合作还向公众和利益相关者展示了联邦机构共同致力于减少动物使用和推进以人类为中心的科学。
建议与政策考量
基于上述内容，FDA领导层计划将科学严谨性与政策行动相结合，最大限度地减少临床前安全性评估中的动物试验：• 制定明确指南与监管灵活性：发布新指南（或修订现有指南如ICH S6(R1)），明确允许替代方法。过渡期可采用个案豁免或例外机制，允许申办者在提供充分NAM数据的情况下省略动物研究。
• 激励申办者并宣传成功案例：考虑为使用NAMs的企业提供激励措施——例如快速审评通道会议请求和审评，或发布成功减少动物测试的FDA批准案例。
• 确保科学严谨性与连续性：在追求替代的同时，保持对科学有效性的关注。FDA必须确保任何新方法在保护患者方面与所替代的动物测试相当或更优。遵循现代验证原则，FDA可以在不增加风险的情况下完成这一转变。
• 立法与资金支持：与立法者合作，争取专门用于NAM验证和实施的资金（可能通过FDA预算或NIH合作）。如果需要，可以寻求进一步的立法支持——例如，制定在存在替代方案的情况下，某些动物实验不能被要求的截止日期（类似于欧盟禁止化妆品动物测试的做法）。
• 全球领导力与协调：利用FDA在国际监管论坛中的影响力推动全球转变。在ICH提议讨论将NAMs纳入生物制品指南。与EMA、PMDA等机构合作举办联合研讨会或资质项目（如特定器官芯片的国际验证）。
结论
本科学路线图初步制定了FDA减少和替代药物及生物制品临床前安全性评估中动物测试的策略，并将根据FDA利益相关者的反馈进一步完善。通过结合尖端体外系统、先进计算机建模和稳健验证工作，并与政府和行业广泛合作，FDA可以确保药物开发更加符合伦理、高效，并更准确地预测人类结果。患者将受益于更安全、更快上市的疗法，动物将免于测试，药物开发科学将进入与21世纪技术同步的新时代。该计划符合国会指令和全球趋势，使FDA成为监管科学创新的领导者。实施这一路线图将展示FDA对拥抱科学进步的承诺——这些进步符合伦理、能够降低成本并改善人类健康。撰稿人：Zoey Pang
