2023类器官技术与行业研究报告

复刻结构，重现功能，构建组织器官“替身” 2023类器官技术与行业研究报告 目录 03前言 04Chapter1 技术、人才、政策、资本驱动，类器官全产业链发展格局初步形成 13Chapter2 类器官构建的四大要素 20Chapter3 类器官技术释放价值，不断拓展应用场景 25Chapter4 崛起前路依旧有重重挑战 31未来展望 38版权说明 前言 类器官是一种体外培养的由干细胞分化而来的自组装三维细胞团。尽管类器官并不是真正意义上的人体器官，但是类器官具有干细胞对应组织器官的细胞类型和复杂空间形态，并能够表现出细胞与细胞之间、细胞与其周围基质之间的相互作用和空间位置形态，而且其能够模拟组织器官的部分功能和生理反应，与来源组织具有极高的相似性。 自2009年首类器官被建立以来,类器官领域呈现快速发展趋势，该项突破性的成果也得到了科研界和产业界的广泛认可。2013年，Science杂志将类器官列入年度十大科学突破；2015年，MIT科技评论将类器官技术列为全球十大突破性技术之一；2017年，NatureMethods杂志将类器官评选为年度技术；2019年，TheNewEnglandJournalofMedicine杂志将其称为优良的临床前疾病模型。 作为一项生命科学的基础研究工具，类器官技术对生物医学产生了颠覆性影响，改进了体外探索生命现象和医学问题的手段和方法，在众多领域都展现出巨大的应用潜力，包括发育生物学和疾病建模、药物筛选与研发、精准医学、再生医学等。 由于类器官技术在基础研究上具有重要价值，同时在医药行业具有广阔的应用前景。基于此，DeepTech研究团队对类器官技术和产业进行研究并撰写本报告。本报告系统梳理类器官技术发展脉络，探讨类器官技术应用场景，明悉类器官产业现状，洞察类器官行业未来面临的挑战和发展方向。 Chapter1 技术、人才、政策、资本驱动，类器官全产业链发展格局初步形成 •类器官：模拟组织器官，构建组织器官“替身” •历史演进：类器官研究进入快车道 •科研成果逐年提升，中国科研力量位居世界第二 •类器官领域科研学者图谱 •政策为类器官技术开山拓路 •资本要素助力行业发展 •类器官全产业链发展格局初步形成 类器官是一种体外培养的由干细胞分化而来的自组装三维细胞团。尽管类器官并不是真正意义上的人体器官，但是类器官具有干细胞对应组织器官的细胞类型和复杂空间形态，并能够表现出细胞与细胞之间、细胞与其周围基质之间的相互作用和空间位置形态，而且其能够模拟组织器官的部分功能和生理反应，与来源组织具有极高的相似性。 类器官应至少具备以下3种特征： 1 细胞类型： 必须包含一种以上与来源器官相同的细胞类型 2 器官功能： 应该表现出来源器官所特有的一些功能 3 组织方式： 细胞的组织方式应当与来源器官相似 与类器官极易混淆的概念——器官芯片，指的是一种在微流控芯片上构建的人体器官生理微系统，可以在体外模拟构建包含有多种活体细胞、功能组织界面、生物流体和机械力刺激等复杂因素的组织器官微环境，反映人体组织器官的主要结构和功能体征。 概念 学科领域 核心技术 优势 局限性 类器官 偏向于生物学 3D培养技术 高仿真性，具有与人体器官高度相似的组织学特征和功能 可控性、可重复性较差 器官芯片 偏向于生物医学工程 微流控芯片技术 建模的可控性和标准化上具有优势 生物学的仿生程度较差 表1|类器官和器官芯片技术比较（来源：公开资料，DeepTech） 类器官技术已经成功构建几乎所有的组织器官，相关研究进入快车道。早在20世 纪80年代就经提出了“organoid”一词，但直到2009年，HansClevers团队将来源于小鼠肠道的成体干细胞培养出首个具有小肠隐窝和绒毛结构的微型肠道类器官，使得类器官的研究进入了快车道。经过近些年类器官技术的快速发展，目前，几乎所有的组织器官都可以在体外构建3D培养的类器官，包括人多能干细胞来源的肠道、视网膜、脑、肝、肾、胃、肺、胰腺、结肠、心脏和血管类器官以及人成体组织来源的胃、肝、胰腺、胎盘和肺类器官。 HansClevers类器官先驱 •2013年，Science杂志评为年度十大技术。 •2015年，MIT科技评论十大科技突破之一。 •2018年，NatureMethods评为年度方法。 •2018年，Science杂志首次报道肠癌类器官药敏筛查系统，敏感度100%，特异性93%，阳性预测率88%，阴性预测率100%。 •2019年，TheNewEnglandJournalofMedicine杂志成为优良的临床前疾病模型。 •2021年，类器官作为“培养皿中的宇航员”登上中国空间站。 •2007年，HansClevers团队发现小肠和结肠的干细胞为Lgr5+细胞。 •2009年，HansClevers团队使用小鼠肠干细胞在体外自组织形成具有小肠隐窝和绒毛结构的小肠类器官。 •2010年，胃类器官被首次成功培育。 •2011年，由人多能干细胞和原代成体干细胞发育而来的肠类器官被成功制作。 •2011年，由鼠胚胎干细胞培育而来的视网膜类器官被首次成功培育。 •2012年，由人多能干细胞发育而来的视网膜类器官成功培育。 •2013年，由人多能干细胞发育而来的脑类器官被成功培育。肝、肾、胰类器官被成功培育。 •2014年，前列腺、肺类器官被成功培育。 •2015年，乳腺、输卵管、海马体类器官被成功培育。 •2020年，蛇毒液腺类器官被成功培育。 •2021年，胎盘类器官被成功培育。 类器官领域的科研成果呈现快速增长趋势。WebofScience数据库中检索”organoid“,从HansClevers成功构建小肠类器官起，2009年发表23篇，发展到2022年发表1682篇，至今发表7019篇，类器官技术相关科研文献逐年上升。从文献发表的国家/地区看，中国发表文献1095篇，位居第二位，成为类器官领域的重要科研力量。中国科研的积累将加速类器官产业化。 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 200920102011201220132014201520162017201820192020202120222023 图1|类器官历年文献数量（来源：WebofScience） 图2|类器官文献的国家/地区分布（来源：WebofScience） 科研学者 所在单位 研究方向 HansClevers 荷兰乌德勒支大学 肠类器官，类器官领域奠基人 JürgenKnoblich 奥地利科学院 脑类器官 ThomasHartung 美国约翰霍普金斯大学 脑类器官和人工智能 TakanoriTakebe 日本东京医科和牙科大学 肝脏类器官 MelissaLittle 澳大利亚墨尔本大学 肾脏类器官 MatthiasLutolf 瑞士洛桑联邦理工学院 类器官微环境 MeritxellHuch 德国马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所 肝脏和胰腺类器官 MadelineLancaster 英国剑桥大学 脑类器官 Bon-KyoungKoo 奥地利科学院 胃肠道类器官 SashaMendjan 奥地利科学院 心脏类器官 陈晔光 南昌大学 肠胃类器官 向阳飞 上海科技大学 脑类器官 华国强 复旦大学附属肿瘤医院 肿瘤类器官 惠利健 中国科学院分子细胞科学卓越创新中心 肝类器官 曾艺 中国科学院分子细胞科学卓越创新中心 胰类器官 秦建华 中国科学院大连化学物理研究所 类器官芯片 表2|类器官领域部分科研学者图谱（排名不分先后。来源：公开资料，DeepTech） 类器官技术的发展除了科研积累和技术创新驱动外，相关支持性政策的出台也起到了开山拓路的作用。国际和国内不断出台政策为类器官的广泛应用松绑，类器官领域展现出强劲的发展势头。 美国 2011年，美国国立卫生研究院（NIH）、美国食品和药物管理局 （FDA）和美国国防部高级研究计划局（DARPA）合作，创建了微生理系统计划（MicrophysiologicalSystemsprogram），以改善预测药物在人体中是否安全的过程。该计划首次把类器官和器官芯片相关技术上升到国家战略层面。 2022年，美国通过了FDA现代化法案2.0，该法案的主题是推动减少临床前试验对动物的应用，用更现代的科学方法代替，例如器官芯片和微生理系统。 2022，美国FDA批准了全球首个完全基于“类器官芯片”研究获得临床前数据的新药（NCT04658472）进入临床试验。 欧盟 2020年，类器官研究项目进入欧盟地平线2020战略计划。该项目结合了单细胞特征分析和类器官技术，用以验证类器官是人类生物学的可靠模型。该项目是欧盟地平线2020框架计划资助的六个试点行动之一，旨在开发一个开放存取的“类器官单细胞图谱”，将帮助欧盟完成对“人体细胞图谱”工程的奠基。 类器官技术的发展除了科研积累和技术创新驱动外，相关支持性政策的出台也起到了开山拓路的作用。国际和国内不断出台政策为类器官的广泛应用松绑，类器官领域展现出强劲的发展势头。 中国 2021年1月，科技部下发的《关于对“十四五”国家重点研发计划6个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》中，把“基于类器官的恶性肿瘤疾病模型”列为“十四五”国家重点研发计划中首批启动重点专项任务。“十四五”国家重点研发计划中重点指出，类器官作为一项重大的技术突破被用于疾病模型的建立中，且可用于研究病理状态下干细胞变异、异质性及其发生机理，挖掘疾病诊疗的新靶标，探索诊疗新策略。 2021年11月，国家药品监督管理局药品审评中心发布《基因治疗产品非临床研究与评价技术指导原则（试行）》和《基因修饰细胞治疗产品非临床研究技术指导原则（试行）》，首次将类器官列入指导原则当中。 时间 类器官相关文件 2022年7月 《类器官药物敏感性检测指导肿瘤精准治疗临床应用专家共识》（2022年版） 2022年7月 《肿瘤类器官诊治平台的质量控制标准中国专家共识》（2022年版） 2022年9月 T/CSCB0005—2022《人肠道类器官》团体标准 2022年9月 T/CSCB0006—2022《人肠癌类器官》团体标准 2023年2月 T/CMBA020—2023《人正常乳腺及乳腺癌类器官制备、冻存、复苏和鉴定操作指南》 表3|类器官相关专家共识和团体标准（来源：公开资料整理，DeepTech） 类器官技术的火热吸引资本要素进入该领域，助力行业发展。国内类器官公司的成立时间集中在2015年至2021年，整个行业处于早期的起步阶段。与之相匹配的是在资本市场上，类器官公司的融资也处于早期阶段，大部分处于天使轮至A轮。商业化较早的科途医学、大橡科技、创芯国际经过多轮融资，先后进入B轮和Pre-B轮。从一级市场看，在资本市场遇到寒冬的2022年，类器官行业融资情况较为乐观，轮次从天使轮到B轮，金额从数千万到上亿元不等（不完全统计）。 公司名称 成立时间 公司所在地 融资轮次 最近一轮融资时间 融资规模 科途医学 2016 北京 B轮 2022 数千万元 大橡科技 2018 北京 Pre-B轮 2022 近亿元 创芯国际 2016 广州 Pre-B轮 2022 1亿元 丹望医疗 2019 上海 A轮 2021 1.2亿元 伯桢生物 2021 苏州 A轮 2023 近亿元 艾名医学 2020 杭州 Pre-A轮 2022 数千万元 朴衡科技 2021 苏州 天使轮 2022 近千万元 弘瑞医疗 2021 浙江台州 天使轮 2022 千万元 精科生物 2015 广州 天使轮 2018 未批露 普罗布诺 2020 重庆 天使轮 2020 未批露 万何圆 2020 上海 天使轮 2022 未批露 明澳生物 2021 深圳 天使轮 2021 未批露 准星医学 2021 杭州