告别动物实验！相干拉曼成像与类器官，解锁生物医药研究新范式

Nature重磅发声：“基于动物实验的科研范式已经过时，以人类生物学为基础的非动物测试方法代表了更科学、更伦理的未来方向”。这篇评论直指行业痛点：全球平均86%的药物候选物在人体临床试验中失败，核心症结在于动物与人类的生物学鸿沟 —— 动物无法完美模拟人类特有的疾病进程、基因调控和免疫反应，依赖其研究甚至可能产生误导。更严峻的是，传统动物实验周期长、成本高，还面临日益严苛的伦理审查，早已成为生物医药创新的阻碍。

图1 Nature发声告别动物实验，拥抱NAMs（即“新型替代方法”，英文全称novel alternative methods）

这场变革已不是空谈：FDA 计划逐步取消单克隆抗体疗法等药物的动物实验要求，NIH更是投入 8700 万美元建立类器官建模中心。在众多新型替代方法（NAMs）中，类器官凭借“精准复刻人类生物场景”的核心优势脱颖而出，它能在体外构建贴近人体的组织微环境，让研究从“通过动物间接理解人类” 转向 “直接研究人类生物学本身”。而相干拉曼技术的加入，正以四大核心优势激活类器官潜力，成为破解动物实验困境的关键组合：

①无标记无损检测：无需荧光标记或破坏性处理，既能避免外源物质干扰类器官活性与代谢路径，又可同步追踪代谢分子动态变化与药物分布、摄取情况，全程保障实验数据真实性；

②深层空间解析：依托近红外光激发特性，成像深度较传统单光子共聚焦技术提升2-3 倍以上，可清晰穿透类器官内部，完整呈现三维结构排布与细胞互作关系；

③低损伤活性保护：采用飞秒激光器，仅在焦平面精准激发信号，最大限度降低光损伤与光毒性，支持类器官长期培养观察，适配干细胞分化等对活性要求极高的场景；

④多模态协同赋能：可与双光子荧光同步成像，同时获取分子特异性信息（如蛋白构象、脂质组成）与靶向细胞信号，满足多维度需求并实现数据互证，提升研究结论可信度。

正是这些技术优势，让相干拉曼在类器官研究中实现突破性应用，从疾病机制到药物研发，落地了一系列高价值实践案例：

无标记动态追踪，破解疾病机制难题

图2 复旦大学季敏标老师团队在Research发表了题为“Spatiotemporal Observation of Monosodium Urate Crystals Deposition in Synovial Organoids Using Label-Free Stimulated Raman Scattering”的研究成果

复旦大学季敏标老师团队的痛风研究堪称典范，传统方法无法动态观察尿酸钠（MSU）晶体在滑膜组织的沉积过程，而借助无标记相干拉曼散射（SRS）显微镜，团队在人类滑膜类器官模型中，清晰捕捉到 MSU 晶体12小时的关键沉积窗口 ——12小时后沉积深度和强度显著飙升，还发现亚衬里成纤维样滑膜细胞对晶体的吞噬能力更强。这一发现不仅为痛风12小时内精准降尿酸治疗提供实验依据，更证明相干拉曼能让类器官成为“活体疾病模拟器”，无需动物即可还原病理动态。

图3 相干拉曼散射（SRS）显微镜对急性痛风滑膜类器官进行3D重建，展示尿酸钠（MSU）晶体的沉积动态

精准量化药物响应，加速研发效率

图4 华盛顿大学Dan Fu研究团队在Analytical Chemistry发表了题为“Assessing Drug Uptake and Response Differences in 2D and 3D Cellular Environments Using Stimulated Raman Scattering Microscopy”的研究成果

药物研发曾困于动物实验的低效与偏差，而华盛顿大学Dan Fu老师团队用相干拉曼技术给出破局方案。在肺癌A549 细胞的2D与3D类器官模型中，技术可同步量化药物摄取量与细胞生长状态：清晰呈现拉帕替尼“外层> 中层 > 内层”的渗透梯度，还发现内层细胞虽药物摄取少却生长抑制更强的独特现象，这是传统2D模型完全无法捕捉的。更能量化细胞外基质对药物递送的影响，为耐药机制研究提供直接证据，让药物筛选从 “动物试错” 转向 “类器官精准预判”，大幅提升临床转化效率。

图5 3D模型的药物渗透梯度（外层> 中层 > 内层）及内层细胞的特殊响应

相干拉曼的非侵入性、高分辨率优势，让类器官的研究价值最大化—— 既规避动物实验的伦理与差异痛点，又能解锁分子层面的动态真相。从疾病机制到药物研发，这场技术协同正在重塑生物医药研究逻辑。

参考资料：

[1]https://www.nature.com/articles/d41586-025-03344-6

[2]Chen, Y., Chen, Z., Wang, W., Hua, Y., Ji, M., 2024. Spatiotemporal observation of monosodium urate crystals deposition in synovial organoids using label-freestimulated raman scattering. Research 7, 0373.

[3]Xu, F.X., Sun, R., Owens, R., Hu, K., Fu, D., 2024. Assessing drug uptake and response differences in 2D and 3D cellular environments using stimulated ramanscattering microscopy. Anal. Chem. 96, 14480–14489.