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深度综述:3D肝脏模型的进展及其在肝毒性评价方面的应用

发表时间:2021-05-31  |  点击率:779


以下来自齐氏生物编译整理(来源:CRITICAL REVIEWS IN TOXICOLOGY》)

药物不良反应是临床试验失败和上市后药物撤市的主要原因。药物性肝损伤约占导致撤市不良反应的30%。目前用于药物安全性评价的模型包括体外模型和动物模型。体外评价模型常使用人类肝细胞单层培养模型,其适用于急性药物毒性检测,不适合长期重复给药的研究。动物模型则与人类存在种属差异,单独使用并不能充分预测药物对人体的慢性肝毒性。肝脏3D模型保留了体内细胞微环境的物质结构基础、模拟肝脏组织功能,可用于长期肝毒性检测和相关机制的研究。

最近,苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室教授、美国资格认证毒理学家(DABT)张乐帅博士等在毒理学刊物《CRITICAL REVIEWS IN TOXICOLOGY》上刊登了一篇深度综述,就肝脏3D模型的制备方法、制备用细胞、药物性肝损伤评价方面的应用进行了详尽的介绍,并就3D肝脏模型的商业化应用和市场发展做了深入的分析。今天这篇文章中,齐氏生物也将为各位读者介绍其中的内容。
3D肝脏模型的制备方法

3D肝脏模型制备所用技术可分为两大类:非支架技术和支架技术。
建立一个简单的类似球体的3D肝脏模型,肝细胞需要相互作用相互连接形成细胞聚集体。接下来几天内,松散的细胞团逐渐变得紧密,相邻细胞之间发生“融合”,最终形成肝细胞球体模型。在球体形成过程中未使用支架材料,而是使用搅拌、某种形式的低附着表面等方法促进细胞聚集,这类方法称为非支架技术。

使用非支架技术的3D肝脏模型制备方法包括非细胞附着平面的半球体形成法、琼脂和ULA法、悬滴法、磁悬浮法、光刻技术。使用支架技术的制备方法包括纳米纤维和微网结构、细胞外基质及3D打印技术、芯片上的微流控器件与“器官”。作者仔细分析了这些方法的优势与不足,以方便研究者对这些3D模型进行选择性应用

3D肝脏模型制备用细胞
正确选择肝细胞类型对构建生理相关的3D肝脏模型和预测外源性肝毒性的准确性至关重要。目前用于3D肝脏模型构建的细胞主要有原代肝细胞、干细胞分化而来的类肝细胞、永生化细胞株、Hepg2CA3细胞株、HepaRG细胞株。同样,作者对这些细胞制备3D肝脏模型的优点和不足也进行了深入的比较分析,为了读者进行选择提供了极大的便利。
3D肝脏模型在肝损伤评价方面的应用
3D肝脏模型在药物性肝损伤评价方面的应用主要包括三个方面:1)药物化合物的肝毒性评价 2)纳米材料检测应用;3)药物诱导的慢性肝病研究。如脂肪变性、胆汁淤积等。下图为在3D肝脏模型中产生药物引起的磷脂质积累的现象。
3D肝脏模型商业化应用与市场发展
3D肝脏模型相关公司可分为三类:提供3D模型或3D模型相关服务的公司、提供制备细胞的公司、提供培养支持材料的公司。提供3D肝脏模型相关服务的公司主要有InSphero、Invitrocue、 Cyprotex、Cyprio、Emulate等。提供制备细胞的公司主要有Lonza、BioPredic、Thermal Fisher ScientificSigma Aldrich、和齐氏生物科技有限公司等。Lonza主要提供来源于人、猴、狗、大小鼠肝细胞,BioPredic主要提供HepaRGTMThermal Fisher ScientificSigma Aldrich和齐氏生物科技有限公司则主要致力于不同类型原代细胞的分离及相应细胞的供应,例如肝实质细胞、肝枯否细胞、肝星状细胞及胆管细胞等。
3D肝脏模型已有许多公司和机构用于药物筛选及评价,但其市场发展仍存在一些障碍,例如难以获得肝组织、人肝细胞的质量受限于来源组织、缺乏器官组织捐赠的观念、细胞产品进出口管控严格、药政法规缺乏等。
3D肝脏模型供应商应对模型进行充分的优化与验证,以满足制药企业的需求。在满足制药企业需求前提下,尽管市场发展存一些障碍,但随着法律法规的进展、观念文化的改变,药政当局将3D肝脏模型纳入药物化合物安全评价体系,3D肝脏模型必将赢得更大的市场容量和更好的市场前景。


参考资料

  1. Xihui ZHang, Tianyan Jiang, Dandan Chen, QiWang, Leshuai Zhang. Three-dimensional Liver Models: State of the Art and Their Application for Hepatotoxicity Evaluation. Crit Rev Toxicol. 2020 May 18;1-31