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目的用作药物安全性评价的细胞系主要有有限细胞系、连续细胞系及干细胞系等3种。有限细胞系要么难以获得(如肝细胞、神经细胞等),变异性大,要么只能进行有限的几次传代增殖;连续细胞系(人永生化细胞系)的生物学特性已经异化,与人体正常细胞差别很大,如肿瘤细胞系已丧失了正常的增殖分化调控能力。胚胎干细胞(ESCs)在体外可长时间培养传代,具有正常二倍体核型,能够分化形成各种成体细胞,是药物研发及安全性评价的较好动物替代模型。2002年ECVAM正式批准EST为体外药物和化合物毒性筛选的动物替代方法,并制定了相应的评价标准,是目前唯一一个国际公认的利用细胞系而无需怀孕动物的发育毒性体外替代试验方法。近年来诱导多能干细胞(iPSCs)的出现也为药物研发带来新的契机,国外已经开始着手将iPSCs应用于药物研发及药物安全性评价研究,如:用于药物抗血管生成的评价,用于药物的心脏毒性评价及电生理改变研究,肝毒性评价研究等。本研究的目的在于建立基于胚胎干细胞的药物安全评价体系。方法分别以小鼠胚胎干细胞(ES)、人胚胎干细胞(hES)、人诱导多能干细胞为试验载体(hiPS),参照ECVAM提供的EST试验操作程序,选用无胚胎毒性化合物:青霉素G;阳性化合物:5-氟尿嘧啶;以及未知毒性化合物T2毒素,分别作用于ES,hES,hiPS,利用3个毒理学反应终点鉴定化合物潜在的胚胎毒性:抑制ES细胞分化为具有收缩功能的心肌细胞的受试物浓度(分化抑制50%的化学浓度,ID50 ES);对3T3成纤维细胞产生细胞毒性的浓度(MTT检测3T3细胞生长抑制50%的化学浓度IC503T3);对ES细胞产生细胞毒性的浓度(MTT检测ES细胞生长抑制50%的化学浓度IC50 ES)。结果所选干细胞模型对相应化合物测试结果表明,5-氟尿嘧啶IC50 3T3=0.1063,IC50 ES=0.067,ID50 ES=0.004;青霉素G IC50 3T3=1158.38,IC50 ES=1067.64,ID50 ES=918.85;T2毒素IC50 3T3=3.18,IC50 ES=1.34,ID50 ES=0.57,从而利用已知毒性化合物验证并建立了EST试验模型,并利用该模型预测T2化合物为强胚胎毒性化合物,同时研究了T2化合物的细胞毒性作用机制;建立了hES及hiPS的培养及心肌定向分化体系。讨论与结论胚胎干细胞的生物学特性决定其在药物研发、药物筛选过程中具有重要作用,尤其是诱导多能干细胞(hiPS)的出现,hiPS可以针对不同人、不同部位进行取材,可以获得各种类型的终末细胞,进行靶组织、靶细胞的毒性评价。此外,干细胞也可以作为组织培养/组织工程的种子细胞,开发出三维立体(3D)的细胞、组织、器官模型,用于药物的毒性评价,进一步缩小细胞水平与体内水平的差异。构建基于胚胎干细胞的药物安全性评价模型,可以实现药物研发及安全性评价的个性化,提高药物治疗、药物研发的针对性,并且可以避免动物实验带来的种属差异,降低药物研发费用、缩短研发周期,是药物大规模筛选的理想平台。