毒性病理学中人工智能和机器学习的应用研究进展

毒性病理学是促进动物和人类健康发展最有价值的学科之一,药物非临床安全性评价毒性研究中对石蜡包埋、苏木精和伊红染色切片的组织病理学检查是毒性病理学评价的金标准。数字毒性病理学、人工智能(artificial intelligence,AI)尤其是机器学习(machine learning,ML)是全球颠覆性、快速发展的技术领域,其对组织病理学领域的影响正在迅速显现。组织病理学检查种类繁多算法的发展和应用,表明人工智能病理学平台可深度影响将来数字毒性病理学、精准医疗和个性化医疗。然而,与所有其他革命性的技术相同,人工智能病理学平台在实施和应用过程中存在诸多挑战。本文综述了人工智能和机器学习的发展、人工智能在毒性病理学中的应用、机器学习在数字毒性病理学中的应用以及人工智能对数字毒性病理学的影响,以期为我国毒性病理学中人工智能和机器学习的应用提供一定参考。

干细胞来源细胞治疗产品非临床安全性评价概述

随着细胞治疗产品研发的快速发展,新的干细胞治疗产品不断被开发,但帮助设计非临床安全性评价研究的相关指导性文件相对不足。干细胞治疗产品不仅来源不同,产品安全性因素也不同,存在异位组织形成、不可控生物分布、免疫原性和成瘤性等潜在风险。不同的干细胞治疗产品给非临床安全性研究带来极大挑战。本文简要概述干细胞的种类及干细胞来源细胞治疗产品非临床安全性评价一般原则,重点关注干细胞来源细胞治疗产品非临床安全性评价中动物选择、试验设计和成瘤性研究等方面,以期为我国干细胞来源细胞治疗产品的非临床安全性评价提供参考。

BALB/c小鼠免疫复合物性肾损伤模型建立及肾损伤生物标志物初步探讨

目的构建BALB/c小鼠免疫复合物性肾损伤模型,探讨观察此类肾损伤的早期、简便、灵敏检测方法和候选生物标志物,为生物技术药物非临床安全性评价毒性试验中肾损伤检测提供参考。方法BALB/c小鼠随机分为溶媒对照组和阳离子化牛血清白蛋白(C-BSA)低、中、高剂量造模组,每组10只。诱导免疫时,造模组动物给予2 mg·mL^(−1) C-BSA和弗氏不完全佐剂1∶1等体积混合乳剂(1 mg·mL^(−1)、5 mL·kg^(−1)),而溶媒对照组动物给予磷酸盐(PBS)缓冲液与弗氏不完全佐剂1∶1等体积混合乳剂,sc诱导免疫,每周1次,共2次;加强免疫时,各组动物均尾iv给予C-BSA,溶媒对照组和C-BSA低、中、高剂量组剂量分别为0、2.5、5.0、10.0 mg·kg^(−1),每3天给予1次,共5次。造模期末,检测造模期末小鼠24 h尿蛋白含量;检测凝血指标,包括凝血酶原时间(PT)、活化部分凝血活酶时间(APPT)以及纤维蛋白原含量(Fbg);检测血清血尿素氮(BUN)、血肌酐(SCr)以及三酰甘油(TG)水平;摘取主要脏器称质量并计算脏体比、脏脑比;HE染色和特殊染色[过碘酸-希夫(PAS)染色、Masson三色染色、过碘酸六胺银(PASM)染色]后,光学显微镜下检查肾组织形态学改变;免疫组化观察肾脏补体成分3(C3)、免疫球蛋白G(IgG)、结蛋白水平;免疫荧光观察肾脏C3水平;透射电子显微镜观察肾脏肾小球基底膜、足细胞足突的变化及毛细血管内皮细胞下有无电子致密物沉积。结果C-BSA各剂量组动物在尾iv给予C-BSA后出现不同程度精神萎靡、活动减少、皮肤发红和呼吸急促等过敏反应症状,溶媒对照组动物给药后无明显异常;在加强免疫2周后,与溶媒对照组比较,C-BSA低、中和高剂量组动物体质量增长显著缓慢(P<0.05);C-BSA低、中、高剂量组动物尿蛋白呈阳性。与溶媒对照组比较,C-BSA各组动物BUN、SCr、TG均未见规律改变,仅高剂量组动物的BUN升高,TG降低;C-BSA中、高剂量组动物PT显著降低(P<0.05),低、中剂量组动物APPT显著降低(P<0.05),低、中、高剂量组动物Fbg含量显著降低(P<0.001);C-BSA低、中、高剂量组动物肾脏的脏体比显著升高(P<0.01),且低、中和高剂量组的脾脏绝对质量和脏体比亦显著升高(P<0.05、0.01)。肾脏组织病理学检查及特殊染色检查发现C-BSA中、高剂量组动物肾小球系膜基质增加、基底膜增厚;免疫组化结果显示,与溶媒对照组比较,C-BSA低、中、高剂量组动物的C3、IgG、结蛋白表达水平均显著升高(P<0.001),高剂量组IgG水平显著高于低、中剂量组(P<0.05);免疫荧光结果显示,与溶媒对照组比较,C-BSA高剂量组C3水平显著升高(P<0.001);透射电镜结果显示C-BSA低、中、高剂量组动物肾脏肾小球基底膜增厚、足细胞足突部分融合,C-BSA中、高剂量组动物肾脏肾小球基底膜可见少量电子致密物沉积。结论成功建立了免疫复合物性肾损伤模型和早期、简便、灵敏的检测方法,C3、IgG和结蛋白可作为生物技术药物非临床安全性评价毒性试验中肾损伤检测的候选生物标志物。

药物非临床安全性评价解剖病理学数据差错原因和风险控制要点

在药物非临床安全性评价毒理学试验中,解剖病理学数据对受试物的后续临床试验和使用至关重要。解剖病理学数据主观性强,需要经验丰富的专题病理学家对相关数据进行综合分析,才能进行准确的诊断和书写合理的解剖病理学报告。而且需要专题负责人、专题监察员、毒理学家和专题病理学家加强交流和合作来减少差错和控制风险。简要介绍了解剖病理学数据差错原因和风险控制要点,以期为提高我国药物非临床安全性评价解剖病理学数据质量和风险控制提供一定参考。

毒性试验组织病理学结果有害作用判断概述

药物非临床安全性评价毒性试验有害作用的判断非常重要,因其可为保护临床试验暴露于新化学实体或药物的受试者提供重要信息。毒性试验组织病理学检查可提供受试物毒性作用的形态学数据,帮助分析和确定有害作用和非有害作用及其剂量水平。参照美国毒性病理学会(STP)和欧洲毒性病理学会(ESTP)的推荐最佳实践或建议及其他相关文献,对有害作用的定义、区分有害作用与非有害作用的要素、有害作用数据沟通和使用来评估人类潜在风险等建议等进行简要概述分析,以期为我国非临床药物安全性评价毒性试验中有害作用判定提供参考。

非临床毒理学研究使用全切片图像进行组织病理学评价和同行评议的研究进展

经过验证遵从良好实验室规范(GLP)并适合目的的全切片图像(WSI)系统,不仅可用于GLP条件下非临床毒理学研究的数字组织病理学评价和同行评议,而且可提高全球化数字组织病理学评价和同行评议的灵活性,并可提供数字化图像数据用于今后人工智能和机器学习图像分析。简要介绍了美国食品和药品监督管理局和经济合作与发展组织关于在GLP条件下非临床毒理学研究中使用WSI或数字组织病理学的指导原则,硬件和软件的验证,合同研究组织验证WSI数据的采集和传输,委托方验证WSI数据的下载和查看,以及使用经过验证的WSI系统对大鼠吸入毒理学试验所开展的数字组织病理学评价和同行评议,以期为中国药物非临床毒理学研究使用WSI进行组织病理学评价和同行评议提供一定参考,加快与国际先进国家接轨的进程。

致癌试验与人类风险评估无关的肿瘤概述

致癌试验的目的是考察药物在动物体内的潜在致癌作用,从而评价其可能对人类的相关风险,是非临床药物安全性评价的主要内容之一。啮齿动物致癌试验的结果与人类安全性评估的相关性经常引起争议,可能需要做进一步的研究来探讨其作用方式,以帮助确定是否存在对人类的潜在致癌性。当啮齿动物致癌试验出现阳性结果时,可能需要进行进一步的毒性病理学研究探讨其作用机制,来评估与人类的相关性。简要介绍动物致癌试验结果与人类相关性的必要性、致癌试验基于作用方式与人类风险评估无关的肿瘤、致癌试验基于作用方式与人类风险评估可能无关的肿瘤,以期为我国非临床药物致癌试验的结果分析和药物评价研究提供一定参考。

药物非临床毒性试验周围神经系统组织病理学评估研究进展

药物非临床毒性试验周围神经系统(peripheral nervous system,PNS)组织病理学评估分为4种情况:未知或预期无神经毒性的一般毒性试验、可能有躯体神经毒性的一般毒性试验、可能有自主神经病的一般毒性试验以及预期有神经毒性作用的专门神经毒性试验。美国毒性病理学会(Society of Toxicologic Pathology,STP)推荐最佳实践建议的目的是确保在药物非临床一般毒性试验和专门神经毒性试验的4种情况下,对PNS组织进行一致性、高效率取材、处理和评估。综述了PNS解剖的基本结构、PNS毒性试验情况分类及取材建议、PNS毒性试验不同情况下最佳实践建议、PNS神经病理学评估分析策略以及评估结果的记录,以期为我国药物非临床毒性试验中周围神经系统组织病理学评估提供一定参考。

药物非临床安全性评价毒性病理学评价及病理学数据分析要点

毒性病理学是一门综合了病理学和毒理学两门学科的交叉学科,主要研究有毒物质的潜在作用。准确诊断病变和报告组织病理学检查结果将继续在药物非临床安全性评价中发挥关键作用。此外,毒性病理学评价必须结合其他相关数据进行,例如临床观察、体质量变化、临床病理学结果、以及代谢和药动学数据。简要介绍了组织病理学检查的基本要素、组织病理学的特点、组织病理学诊断注意事项、病理学数据分析和报告病理学结果的要点,以期为中国药物非临床安全性评价毒性病理学组织病理学检查及病理学数据分析提供一定参考。

超微结构病理学在药物非临床安全性评价毒理学研究中的应用现状和关注点

超微结构病理学是药物非临床毒理学研究中毒性病理学评估的重要辅助工具。简要介绍了超微结构病理学在药物非临床安全性评价毒理学研究中的应用现状和关注点,并举例说明了透射电子显微镜等超微结构病理学技术在药物非临床安全性评价中的应用。目前,超微结构病理学技术在药物非临床毒理研究中虽然使用率不高,却是非临床毒理学研究中毒性病理学评估的重要辅助工具,可用于对光学显微镜检查结果的进一步研究,以作为早期药物发现和非临床安全性评价毒理学研究的有益补充。在使用超微结构病理学技术进行药物非临床毒理学研究时,应关注其使用的必要性、良好实验室规范(GLP)依从性、专业性、科学性和使用局限性等方面。