新方法学（NAMs）用于药物心脏毒性评估的现状及监管和工业界视角

药物研发中评估心脏安全风险的传统方法多依赖动物模型，存在可扩展性不足、对人类结果预测性差、缺乏机制性洞察等问题。一种新范式可利用已知心脏风险机制，结合新型体外和计算机技术，将心脏安全风险筛查提前至药物研发早期，实现更早风险管控、候选药物优化及更具针对性的动物实验。为推动这一转型，健康与环境科学研究所（HESI）开展了相关研究。

HESI心脏安全委员会此前提出了六种心脏衰竭模式：血管活性异常、收缩功能异常、节律异常、心肌损伤、内皮损伤、血管损伤和瓣膜病，这些模式涵盖了器官系统对外来物质产生不良反应的所有可能方式，为HESI的后续研究奠定了基础。该项目旨在通过一系列试点研究和验证研究，测试可识别一种或多种心脏衰竭模式的新方法学（NAMs）。

一、HESI资助的研究

（一）Labcorp微流控心血管系统模型

Labcorp的Gina Smith博士与Daniel Bramham博士获资助开发人体心血管系统体外微流控模型，旨在解决药物/化学物暴露后动脉粥样硬化风险预测缺乏监管认可体外检测方法的问题，同时针对“血管损伤”心脏衰竭模式展开研究。该模型包含模拟血管的人主动脉内皮细胞（HAECs）与模拟免疫应答的THP-1单核细胞，搭建于BioFlux™微生理系统之上——该系统可对模型血管施加精准剪切流，提供评估药物/化学物对内皮影响的生理相关环境。

研究团队首先确定适宜剂量水平，通过定性与定量终点评估化学物暴露后微流控通道中的毒性。针对化合物动脉粥样硬化风险评估，开发并验证了单核细胞黏附（动脉粥样硬化关键因素）及细胞因子释放相关检测终点。结果表明，该模型可预测药物、食品添加剂及化学物暴露后的促炎与抗炎应答，且体外预测结果与文献预期高度一致，凸显其在药物/化学物筛查、靶点识别及候选药物优化中的应用潜力。

（二）斯坦福大学诱导多能干细胞（iPSC）模型研究

斯坦福大学Joseph C. Wu博士团队的研究彰显了iPSC模型在心血管研究中的独特优势：该模型与患者基因相似度高且扩增能力强，适配药物测试、疾病建模、细胞治疗及3D组织工程等场景。研究聚焦通过转录组分析预测血管风险——这一方法可检测体内研究常遗漏的药物诱导血管毒性，针对性解决“血管毒性”心脏衰竭模式。研究证实，iPSC来源的内皮细胞可在体外重现血管表型，为原代血管提供可靠替代，提升毒性检测效能。

斯坦福大学另一项非U01资助研究，采用3D工程心脏组织（EHTs）研究心动过速诱导的心肌病（TIC）。TIC以持续心率过快致心力衰竭为特征，与其他心衰不同，其多具有可逆性。而传统动物模型存在通量低、成本高及伦理争议等局限。该研究中，EHTs模拟慢性心动过速，重现了与临床一致的可逆性收缩功能障碍及缺氧现象。通过对缺氧标志物的测序分析，发现烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）稳态是关键调控因素，且恢复NAD水平可加速组织修复，为TIC治疗策略提供新见解。

（三）Nanotools生物科学石墨烯刺激平台

Nanotools生物科学的Alex Savtchenko博士团队获资助开发药物研发平台，专攻心脏毒性评估，重点解决“节律异常”心脏衰竭模式。当前用于研究电生理细胞应答的体外方法存在局限，且实验条件无法模拟心律失常等特定心脏事件。为此，该团队提出创新方案——以石墨烯为介质的生理性细胞光刺激技术，通过光刺激心肌细胞，较传统药物研发技术具备更高灵活性与精准度。

该技术核心在于利用石墨烯独特的光电特性：可高效将光能转化为电信号，且不产生大量热量或改变pH值，从而保障细胞活性。这一特性实现了对心肌细胞活性的精准、无创调控，支持在心律失常等生理及病理条件下研究药物效应。经大量测试验证，该系统具备可靠的重复性。团队还开发定制化软件工具，用于量化光诱导的心肌细胞激活模式及复杂药理应答。目前研究正推进技术向3D组织模型延伸，并在更广泛治疗化合物中验证性能，预期该石墨烯光刺激技术将成为新一代药物研发平台，提升体外模型对心律失常治疗药物研发的预测能力。

二、炎症应答模型研究

FDA国家毒理学研究中心的Li Pang博士强调了免疫应答在毒性评估中的重要性，并提出开发用于监管场景的人源免疫-心脏模型。随着治疗技术发展，新型疗法的免疫毒性预测已成为关键挑战：近几十年，蛋白靶向嵌合体、新一代多肽、核酸类疗法及生物制剂等新型治疗方式获批率持续提升，2021-2022年占FDA批准药物的48%。与传统小分子药物相比，部分新型疗法诱发严重免疫不良反应的风险更高。针对靶向或可能影响免疫系统的疗法，FDA更新的《药物免疫毒性非临床评价指南》要求通过临床前研究明确作用机制，为预期或非预期免疫效应提供循证风险评估。

免疫治疗相关心血管毒性虽发生率低，但致死致残风险极高。考虑到免疫与心血管系统存在种属差异、新型疗法免疫原性风险升高及免疫治疗应用日益广泛，亟需开发整合免疫学的人源细胞NAMs，以提升免疫相关心血管安全性预测效能。将免疫成分整合到新型心脏模型中，是药物研发与评估中理解免疫毒性的关键环节。Li Pang博士还分享了利用人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPSC-CMs）与巨噬细胞共培养评估炎症相关心肌损伤的潜力及挑战。

三、心脏新方法学（NAMs）的实践应用

1.应用价值与核心挑战

传统心脏安全检测范式虽严谨，但药物诱导的心脏毒性仍是药物后期研发失败或上市后撤市的明确原因。心脏NAMs旨在将心脏风险筛查提前至药物研发早期——理想情况下贯穿候选药物筛选阶段及早期临床研究，核心目标是降低后期失败风险、提升患者安全性并减少动物实验使用。若这些新方法能降低“假阳性”率且更贴合人类临床相关性，还可用于化解传统动物实验中出现的安全信号风险，避免潜在有效试验药物因误判而淘汰。

然而，建立标准与操作共识是保障新技术“适配目标用途”的关键。HESI已与美国FDA合作推动心脏NAMs及hiPSC-CMs的标准化，以扩大其在药物研发中的应用，但相关研究仍缺乏详细标准化报告，制约了实用性与可信度。

FDA的Natalie Simpson博士分享了2019年以来新药IND的数据：尽管多数研究仍依赖传统体内实验，但hiPSC-CMs因预测效能（尤其针对钠通道靶向药物或影响心率的药物）受到越来越多关注。同时她指出，大量研究缺失关键细节（如受试物浓度、培养板剔除标准等监管审查核心信息），且申办方开展hiPSC-CM研究的原因常未说明或无法从传统研究数据中推断。部分案例中，研究目的明显是为化解传统研究发现的风险。申办方显然认可hiPSC-CM研究的价值，而在监管申报中明确阐释这一价值，将助力FDA明确其适用场景。要实现hiPSC-CM数据与传统安全评估的深度整合及对部分动物实验的替代，申报材料需更全面且论证充分，为心脏安全检测现代化奠定基础。

2.实践案例与监管应用

心脏NAMs的应用贯穿药物研发全流程，部分已用于支持监管决策。

RTI国际的Xi Yang博士分享了一则案例：NAMs在结构性心脏毒性代谢物表征中发挥验证作用。某心脏毒性代谢物在某非临床物种中的代谢物/母体药物比例比人类高20倍，且对iPSC-CMs的毒性是人类的10倍。这一发现支持临床剂量高于该非临床物种中基于NOAEL确定的限值，凸显NAMs可揭示代谢物毒性的物种差异，为临床试验剂量设计提供关键指导。

日本国立医药品食品卫生研究所的Yasunari Kanda博士聚焦hiPSC-CMs作为心脏NAMs的机制性应用，以提升预测性并加速监管决策。其团队以因意外心脏毒性终止研发的丙肝病毒靶向药物BMS-986094为研究对象（该药物在II期临床中导致多名受试者出现左心室射血分数降低甚至心力衰竭等严重不良反应），验证hiPSC-CMs对药物诱导心力衰竭的预测能力。通过图像运动分析发现，BMS-986094暴露96小时后显著降低hiPSC-CMs的收缩功能；而同为该靶点的获批药物索非布韦则无明显影响。进一步将体外数据与FDA不良事件报告系统（FAERS）数据比对，发现hiPSC-CMs运动功能受损与临床心脏毒性风险高度相关。这证实hiPSC-CMs慢性毒性检测可作为研发阶段的预测性工具，但NAMs的持续开发与标准化仍是提升人类特异性结果预测准确性的关键。

3.药企视角与未来方向

BMS的Khuram Chaudhary博士从药企视角指出，NAMs并非制药行业新事物，但其推广应用与优化是持续过程。药物研发管线需大量资源与时间，且因安全性和有效性问题导致的高淘汰率，使研发常陷入“高失败率困境”。NAMs可通过优化早期研发、提升进入临床试验化合物的质量，缩短研发周期并降低成本，同时作为传统动物实验的补充，填补传统方法的短板。

近期进展包括利用干细胞来源心肌细胞及工程化组织开展长期毒性评估（如上述BMS-986094研究）。未来，计算机模拟、人工智能/机器学习技术有望进一步助力药物设计并缩短研发周期。但NAMs仍存局限：新模型验证复杂、人体剂量预测困难、慢性毒性评估能力不足，且药物浓度验证、蛋白结合评估及外推方法优化等问题，均影响对复杂人体生物学结果的解读。需通过多方协作解决这些挑战，提升NAMs在监管决策中的认可度。

四、监管机构视角

1.复杂体外模型的价值与监管资格认证

复杂体外模型为药物研发提供重要支持，可优化化合物筛选、安全性评估并助力理解药物毒性。这些模型契合“3R原则”（替代、减少、优化动物实验），有望减少或替代动物研究。

模型需经过严格的资格认证流程，证明其可靠性和适用性才能用于药物研发及监管审查，这一要求在《21世纪治愈法案》中已有明确规定。

美国FDA的“创新药物科学技术方法（iSTAND）”试点项目，体现了监管机构加速纳入新型科学方法、推动药物研发创新的决心。

通过认证的模型可公开获取，提交监管申请时无需FDA额外确认，为其推广应用提供了便捷路径。明确模型的使用场景至关重要，需确保其满足特定监管需求，比如预测药物诱发的癫痫或罕见毒性，以辅助或替代现有评估方法。

企业需提交包含模型准确性和相关性证明的完整材料，获批后即可用于药物研发项目。尽管存在检测一致性等挑战，资格认证体系仍为体外模型融入监管决策提供了结构化框架，最终将提升药物安全性评估水平并减少对动物实验的依赖。

2.FDORA法案（FDA现代化法案2.0）的核心影响

2022年《食品和药物综合改革法案》（FDORA，常称“FDA现代化法案2.0”）更新了FDA监管规定，扩大了非临床测试方法的范围。

法案将“临床前测试（含动物实验）”更改为“非临床测试”，明确其涵盖体外、计算机模拟、化学模拟及非人类体内测试等多种方法，包括细胞检测、器官芯片、微生理系统、计算机建模、生物打印以及传统动物实验。

前FDA专家Ronald Wange博士指出，该法案并未取消动物实验要求——因为FDA此前的监管规定中本就无此强制要求，而是正式确立了监管机构对非动物替代测试方法的认可。

他强调，媒体称“FDORA取消药物研发动物实验要求”的报道存在误解，既误读了法律条文修改的影响，也不了解法案实施前FDA已常规接受非动物测试方法的实际情况。

动物实验是否为特定毒性终点评估的最合适方法，核心取决于科学发展水平，以及替代方法能否充分保障临床试验参与者和获批后用药者的安全，而非FDA监管或美国法律的限制。

Wange博士乐观认为，FDORA法案中对非动物方法的明确支持，将推动相关替代测试技术研发的投资增长。

3.NAMs的挑战与未来方向

Wange博士还提及NAMs在验证和认可过程中面临的挑战，尤其在国际合作和监管协调方面。他认为需提高验证流程效率，提出了共享证据档案、建立标准化流程等改进建议。尽管存在复杂性，但只要监管机构与相关方持续合作、加大投资并达成共识，NAMs仍有望为药物研发带来革命性变革。

最后发起个统计，NAMs目前是药物非临床开发的新工具和新手段，国内有很多CRO企业在开展这类业务。后面看报名情况，发起一期介绍国内NAMs CRO企业专题文章，主要了解下各企业的技术优势，目前能用在药物非临床评价中的成熟场景有哪些。已经有很多朋友给了我一些名单，非常感谢，我也会就这些名单，根据公开信息做下整理。感兴趣的NAMs CRO可以联系我。

药理毒理开发1-7群已满，想进8群的加微信，备注姓名+企业名称+专长领域。比如王**+A企业+注册或毒理。名额有限，已经在1-7群的朋友就不要跨群了。

另外，新建了GLP毒理专题负责人交流群，只有同时满足GLP机构+专题负责人两个条件的，方可入群。目前不到300人，还有名额。