江桂斌等：多领域融合的毒理学前沿，干细胞毒理学的十年发展 | 文末赠书福利

工业革命以来，随着科学技术的进步，人类认识世界和改造世界的步伐越来越快。在新物质创造方面，分子合成、分子药物与分子工程承载了社会高质量发展的梦想，大大推动了物质世界的文明进程。与此同时，每年数以万计的新化学物质在监管体系尚未完全覆盖或者对其长期环境影响并不清楚的情况下进入环境，这些潜在风险亟待系统评估。这要求科学界建立完善的环境健康风险评估的认知框架，从分子、细胞到组织器官层面系统解析化学物质与生命系统的相互作用机制。当前毒理学研究正面临两大挑战：动物模型由于存在种属差异而造成的局限性，以及传统方法难以动态检测化学物质在胚胎发育等关键阶段的分子损伤过程。而干细胞技术的发展，为破解这些问题提供了有效方案——通过构建类器官、器官芯片等“体外微观宇宙”，科学家得以在时空维度上全景再现污染物与生命系统的动态关联。

▲ 环境毒理学研究方法现状

在生命科学与环境科学的深度交融中，干细胞毒理学展现出独特优势。干细胞毒理学（Stem Cell Toxicology）是毒理学的一个新兴分支学科，其核心是利用干细胞的增殖、分化等特性，研究外源性化合物对细胞、组织及生物体发育过程的毒性效应及其分子机制，尤其关注对人类健康的综合影响。干细胞毒理学整合细胞测序、空间转录组等技术，能够动态追踪化学物质对细胞分化过程的影响，还可通过终末分化获得的不同组织细胞评价化学物质的靶器官毒性。随着3D 生物打印技术构建出类器官的血管网络，科学家已建立起发育毒性评估的体外支撑系统，这为建立新污染物预警体系提供了有力的技术支撑。

▲ 基于胚胎干细胞的分化模型可以用于发育毒性和功能毒性研究。干细胞毒理学旨在通过使用干细胞建立针对不同物种、器官、组织、细胞类型和发育阶段的毒理学研究模型，提供多种替代动物实验的研究方法，更加有效地评估化学物质对生物体的影响，同时减少毒性评估研究中活体动物的使用以及规避相关的伦理问题。干细胞毒理学的发展为环境健康领域带来了新的可能性，并且为更准确地了解化学物质对不同研究对象的潜在危害性提供了新的工具和方法。

干细胞毒理学的发展始于我们在2013 年的决策——将干细胞生物学与环境毒理学交叉融合、开创发展干细胞毒理学学科。作为干细胞毒理学的提出者与推动者，江桂斌院士以前瞻性视野将干细胞技术整合到环境化学–环境毒理学–环境健康体系之中。他主导构建的“干细胞–环境暴露–健康效应”研究范式，突破了传统动物实验的局限，建立起涵盖急性毒性、胚胎毒性、发育毒性等多维度的评估体系。2015 年，环境化学与生态毒理学国家重点实验室外籍专家Francesco Faiola在环境科学领域顶级期刊Environmental Science & Technology 发表题为“The Rise of Stem Cell Toxicology”（《干细胞毒理学的崛起》）的论文，系统阐述了干细胞毒理学的理论框架。这种基于人源干细胞的创新平台，不仅显著提升了毒性评估的生理相关性，更实现了对人体健康影响的全生命周期动态监测，为化学品安全评估提供了重要解决方案。

《干细胞毒理学》

江桂斌, (意)Francesco Faiola, 殷诺雅主编

北京 : 科学出版社, 2025.3

《干细胞毒理学》一书系统梳理了该领域近十年来的发展轨迹，从早期二维毒性筛查模型到当前器官芯片、类器官等三维培养体系的技术演进，深入解析了干细胞技术在毒性机制研究中的创新应用。本书突出学科交叉知识特色，整合毒理学、干细胞生物学、发育生物学等多领域方法论，为研究人员提供从基础理论到转化应用的系统支持。

▲ 干细胞毒理学模型在食品、化妆品、医疗器械、药品与临床医学的应用。主要分为两大方面：一方面是服务于食品、化妆品和医疗器械检验、药物初筛、靶点筛选而建立高效灵敏的高通量快速筛选检测模型；另一方面是应用于食品、化妆品和医疗器械检验中已有标准的物质是否对人体健康具有潜在风险的安全性研究，还有药品与临床医学中相关治疗方法的探索，并研究其在疾病治疗中的有效性与安全性。

干细胞毒理学领域的迅速发展，提供了一种更符合生理学和伦理学的毒性测试方法。这种方法有望提高化合物和药物使用的安全性，并更好地评估环境污染物潜在的安全风险。本书作为传统毒理学与干细胞生物学专著的补充，聚焦环境健康研究领域的学科交叉，介绍毒理学前沿领域的最新研究范式与技术路径，旨在为读者把握生命科学与环境科学交叉领域的新兴研究方向提供多维认知视角。

尽管干细胞毒理学研究起步较晚，但目前已建立了细胞毒性、发育毒性以及几乎涵盖人体所有组织与器官的毒性评价模型，并通过类器官、器官芯片等技术使基于干细胞的测试模型更加接近真实的机体情况，借助基因编辑技术、多组学联合分析、高内涵筛选等技术手段进一步丰富了筛选模型和评价指标，完善了分子机制的研究并提高了筛选通量。研究体系的先进性和技术的不断完善使干细胞毒理学测试模型成为最有潜力的动物体外替代模型。随着对干细胞认知的加深以及技术进步，干细胞毒理学必将给毒性和风险评估领域带来革命性的转变。

科学的发展是无止境的，干细胞毒理学也会随着时间的推移而不断发展、革新。期待本书能为相关研究领域工作者提供有益参考，对已经从事或未来即将从事干细胞毒理学研究的人员起到抛砖引玉的作用。

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本文摘编自《干细胞毒理学》[江桂斌, (意) 费凡 (Francesco Faiola), 殷诺雅主编. 北京 : 科学出版社, 2025.3]一书“前言”，有修改，标题为编者所加。

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责任编辑：朱 丽 郭允允 李 洁

本书系统介绍干细胞毒理学的基础知识，内容涵盖毒理学和干细胞基础理论、干细胞毒理学多种模型的构建和应用，以及风险管理和未来发展趋势。本书共4 章：第1 章绪论，对毒理学的基本概念进行简要介绍，强调毒理学领域当前面临的挑战以及干细胞技术对该领域发展的积极作用；第2 章干细胞毒理学基础，从经典的干细胞理论出发，详细介绍干细胞毒理学的基础知识和发展历程；第3 章干细胞毒理学实用模型，全面介绍干细胞分化衍生的各种模型，包括脑、肝脏、心血管、胰腺、皮肤、肺、脂肪、肾脏、肌肉、生殖细胞等；第4 章干细胞毒理学模型应用和风险管理，系统阐释干细胞毒理学模型在化学品毒性评估中的实际应用以及研究中可能涉及的伦理原则和法规问题，最后展望干细胞毒理学领域未来的发展方向，强调跨学科合作和技术创新对该领域的推动作用。

本书适合毒理学和干细胞生物学相关领域的科研人员阅读参考。

（本文编辑：刘四旦）

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