工業(yè)革命以來，隨著科學技術(shù)的進步，人類認識世界和改造世界的步伐越來越快。在新物質(zhì)創(chuàng)造方面，分子合成、分子藥物與分子工程承載了社會高質(zhì)量發(fā)展的夢想，大大推動了物質(zhì)世界的文明進程。與此同時，每年數(shù)以萬計的新化學物質(zhì)在監(jiān)管體系尚未完全覆蓋或者對其長期環(huán)境影響并不清楚的情況下進入環(huán)境，這些潛在風險亟待系統(tǒng)評估。這要求科學界建立完善的環(huán)境健康風險評估的認知框架，從分子、細胞到組織器官層面系統(tǒng)解析化學物質(zhì)與生命系統(tǒng)的相互作用機制。當前毒理學研究正面臨兩大挑戰(zhàn)：動物模型由于存在種屬差異而造成的局限性，以及傳統(tǒng)方法難以動態(tài)檢測化學物質(zhì)在胚胎發(fā)育等關(guān)鍵階段的分子損傷過程。而干細胞技術(shù)的發(fā)展，為破解這些問題提供了有效方案——通過構(gòu)建類器官、器官芯片等“體外微觀宇宙”，科學家得以在時空維度上全景再現(xiàn)污染物與生命系統(tǒng)的動態(tài)關(guān)聯(lián)。
▲ 環(huán)境毒理學研究方法現(xiàn)狀
在生命科學與環(huán)境科學的深度交融中，干細胞毒理學展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。干細胞毒理學（Stem Cell Toxicology）是毒理學的一個新興分支學科，其核心是利用干細胞的增殖、分化等特性，研究外源性化合物對細胞、組織及生物體發(fā)育過程的毒性效應(yīng)及其分子機制，尤其關(guān)注對人類健康的綜合影響。干細胞毒理學整合細胞測序、空間轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)，能夠動態(tài)追蹤化學物質(zhì)對細胞分化過程的影響，還可通過終末分化獲得的不同組織細胞評價化學物質(zhì)的靶器官毒性。隨著3D 生物打印技術(shù)構(gòu)建出類器官的血管網(wǎng)絡(luò)，科學家已建立起發(fā)育毒性評估的體外支撐系統(tǒng)，這為建立新污染物預(yù)警體系提供了有力的技術(shù)支撐。
▲ 基于胚胎干細胞的分化模型可以用于發(fā)育毒性和功能毒性研究。干細胞毒理學旨在通過使用干細胞建立針對不同物種、器官、組織、細胞類型和發(fā)育階段的毒理學研究模型，提供多種替代動物實驗的研究方法，更加有效地評估化學物質(zhì)對生物體的影響，同時減少毒性評估研究中活體動物的使用以及規(guī)避相關(guān)的倫理問題。干細胞毒理學的發(fā)展為環(huán)境健康領(lǐng)域帶來了新的可能性，并且為更準確地了解化學物質(zhì)對不同研究對象的潛在危害性提供了新的工具和方法。
干細胞毒理學的發(fā)展始于我們在2013 年的決策——將干細胞生物學與環(huán)境毒理學交叉融合、開創(chuàng)發(fā)展干細胞毒理學學科。作為干細胞毒理學的提出者與推動者，江桂斌院士以前瞻性視野將干細胞技術(shù)整合到環(huán)境化學–環(huán)境毒理學–環(huán)境健康體系之中。他主導(dǎo)構(gòu)建的“干細胞–環(huán)境暴露–健康效應(yīng)”研究范式，突破了傳統(tǒng)動物實驗的局限，建立起涵蓋急性毒性、胚胎毒性、發(fā)育毒性等多維度的評估體系。2015 年，環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室外籍專家Francesco Faiola在環(huán)境科學領(lǐng)域頂級期刊Environmental Science & Technology 發(fā)表題為“The Rise of Stem Cell Toxicology”（《干細胞毒理學的崛起》）的論文，系統(tǒng)闡述了干細胞毒理學的理論框架。這種基于人源干細胞的創(chuàng)新平臺，不僅顯著提升了毒性評估的生理相關(guān)性，更實現(xiàn)了對人體健康影響的全生命周期動態(tài)監(jiān)測，為化學品安全評估提供了重要解決方案。
《干細胞毒理學》
江桂斌, (意)Francesco Faiola, 殷諾雅主編
北京 : 科學出版社, 2025.3
《干細胞毒理學》一書系統(tǒng)梳理了該領(lǐng)域近十年來的發(fā)展軌跡，從早期二維毒性篩查模型到當前器官芯片、類器官等三維培養(yǎng)體系的技術(shù)演進，深入解析了干細胞技術(shù)在毒性機制研究中的創(chuàng)新應(yīng)用。本書突出學科交叉知識特色，整合毒理學、干細胞生物學、發(fā)育生物學等多領(lǐng)域方法論，為研究人員提供從基礎(chǔ)理論到轉(zhuǎn)化應(yīng)用的系統(tǒng)支持。
▲ 干細胞毒理學模型在食品、化妝品、醫(yī)療器械、藥品與臨床醫(yī)學的應(yīng)用。主要分為兩大方面：一方面是服務(wù)于食品、化妝品和醫(yī)療器械檢驗、藥物初篩、靶點篩選而建立高效靈敏的高通量快速篩選檢測模型；另一方面是應(yīng)用于食品、化妝品和醫(yī)療器械檢驗中已有標準的物質(zhì)是否對人體健康具有潛在風險的安全性研究，還有藥品與臨床醫(yī)學中相關(guān)治療方法的探索，并研究其在疾病治療中的有效性與安全性。
干細胞毒理學領(lǐng)域的迅速發(fā)展，提供了一種更符合生理學和倫理學的毒性測試方法。這種方法有望提高化合物和藥物使用的安全性，并更好地評估環(huán)境污染物潛在的安全風險。本書作為傳統(tǒng)毒理學與干細胞生物學專著的補充，聚焦環(huán)境健康研究領(lǐng)域的學科交叉，介紹毒理學前沿領(lǐng)域的最新研究范式與技術(shù)路徑，旨在為讀者把握生命科學與環(huán)境科學交叉領(lǐng)域的新興研究方向提供多維認知視角。
盡管干細胞毒理學研究起步較晚，但目前已建立了細胞毒性、發(fā)育毒性以及幾乎涵蓋人體所有組織與器官的毒性評價模型，并通過類器官、器官芯片等技術(shù)使基于干細胞的測試模型更加接近真實的機體情況，借助基因編輯技術(shù)、多組學聯(lián)合分析、高內(nèi)涵篩選等技術(shù)手段進一步豐富了篩選模型和評價指標，完善了分子機制的研究并提高了篩選通量。研究體系的先進性和技術(shù)的不斷完善使干細胞毒理學測試模型成為最有潛力的動物體外替代模型。隨著對干細胞認知的加深以及技術(shù)進步，干細胞毒理學必將給毒性和風險評估領(lǐng)域帶來革命性的轉(zhuǎn)變。
科學的發(fā)展是無止境的，干細胞毒理學也會隨著時間的推移而不斷發(fā)展、革新。期待本書能為相關(guān)研究領(lǐng)域工作者提供有益參考，對已經(jīng)從事或未來即將從事干細胞毒理學研究的人員起到拋磚引玉的作用。
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本文摘編自《干細胞毒理學》[江桂斌, (意) 費凡 (Francesco Faiola), 殷諾雅主編. 北京 : 科學出版社, 2025.3]一書“前言”，有修改，標題為編者所加。
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責任編輯：朱 麗 郭允允 李 潔
本書系統(tǒng)介紹干細胞毒理學的基礎(chǔ)知識，內(nèi)容涵蓋毒理學和干細胞基礎(chǔ)理論、干細胞毒理學多種模型的構(gòu)建和應(yīng)用，以及風險管理和未來發(fā)展趨勢。本書共4 章：第1 章緒論，對毒理學的基本概念進行簡要介紹，強調(diào)毒理學領(lǐng)域當前面臨的挑戰(zhàn)以及干細胞技術(shù)對該領(lǐng)域發(fā)展的積極作用；第2 章干細胞毒理學基礎(chǔ)，從經(jīng)典的干細胞理論出發(fā)，詳細介紹干細胞毒理學的基礎(chǔ)知識和發(fā)展歷程；第3 章干細胞毒理學實用模型，全面介紹干細胞分化衍生的各種模型，包括腦、肝臟、心血管、胰腺、皮膚、肺、脂肪、腎臟、肌肉、生殖細胞等；第4 章干細胞毒理學模型應(yīng)用和風險管理，系統(tǒng)闡釋干細胞毒理學模型在化學品毒性評估中的實際應(yīng)用以及研究中可能涉及的倫理原則和法規(guī)問題，最后展望干細胞毒理學領(lǐng)域未來的發(fā)展方向，強調(diào)跨學科合作和技術(shù)創(chuàng)新對該領(lǐng)域的推動作用。
本書適合毒理學和干細胞生物學相關(guān)領(lǐng)域的科研人員閱讀參考。
（本文編輯：劉四旦）
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