原代肝細胞三維培養模型在藥物代謝和毒性評估中的應用

檢測樣品：肝細胞原代肝細胞肝原代細胞

檢測項目：結構特征功能特性

方案概述：3D細胞培養是指將具有三維結構的材料與細胞在體外共同培養,使細胞能夠在載體的三維立體空間結構中遷移、生長，構成三維的細胞載體復合物。3D培養類似于細胞在體內的生長方式，既能保留體內細胞微環境的物質及結構基礎，又能展現細胞培養的直觀性及條件可控性的優勢。

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更新時間2022年07月29日

上傳企業匯智和源生物技術（蘇州）有限公司

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原代肝細胞二維（2D）培養具有操作簡單、費用低等優點，是目前體外藥物代謝和毒性評估廣泛使用的細胞模型。由于2D培養不能模擬體內微環境和細胞生長狀態，2D細胞模型在組織結構、基因表達以及生物學特性等方面與體內細胞相去甚遠。三維（3D）細胞培養可提供與體內相似的支架系統，創建與體內類似的生長環境，具有與來源組織十分接近的結構特征和功能特性。肝細胞3D培養模型必將在未來藥物代謝、毒性評估以及疾病細胞模型中逐步取代2D肝細胞模型。

1 3D培養簡介

1.1 3D細胞培養定義

3D細胞培養是指將具有三維結構的材料與細胞在體外共同培養,使細胞能夠在載體的三維立體空間結構中遷移、生長，構成三維的細胞載體復合物。3D培養類似于細胞在體內的生長方式，既能保留體內細胞微環境的物質及結構基礎，又能展現細胞培養的直觀性及條件可控性的優勢。

1.2 3D細胞培養優勢

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體外模擬復雜的組織結構，接近體內細胞生長環境，實現真實的細胞生物學功能。

準確建立靶組織模型，有效預測病程和藥物反應。

少量細胞可實現快速生長，兼容自動化儀器，降低成本。

1.3 3D細胞培養方式

無支架培養：懸滴培養，磁懸浮培養，超低粘附培養面培養等。

支架培養：天然支架，合成支架。

2 原代肝細胞3D培養模型

2.1 肝細胞球聚體培養模型

肝細胞球聚體培養是通過無支架3D培養方式，接種培養的肝細胞可形成直徑達100-200µm球狀聚集體。肝細胞球聚體與機體肝組織在結構和功能上十分相似，都是由膠原、彈性蛋白、蛋白多糖和糖蛋白所構建的立體網絡結構支持和調節，球聚體內部可出現類膽管結構，用核磁共振光譜掃描肝細胞球聚體，球聚體代謝產物譜與體內肝臟最相似，而與2D培養的肝細胞差異很大。此外，肝細胞存活時間和肝特異性功能（如細胞色素P450活性和白蛋白合成等）維持時間都比2D培養的肝細胞顯著延長。

最近一項研究表明人原代肝細胞經球聚體培養后存活時間超過5周，且CYP酶活性幾乎沒有變化。肝細胞球聚體在蛋白質組水平上與在體肝臟非常相似，負責藥物吸收、分布、代謝和排泄的酶能持續表達14天以上。2D培養的肝細胞最多存活7-10天左右，而肝細胞球聚體超長的存活時間非常適用于藥物的肝毒性評估。最近報道了一種由肝細胞和非實質細胞組成的球聚體反復暴露于化學物質28天后，顯示其對肝毒性的敏感性增加，這些結果表明重復暴露對檢測肝毒性的重要性。

2.2 肝細胞三明治培養模型

在體外通過在兩層膠原或Matrigel內培養肝細胞可以重構體內結構，稱為三明治培養。三明治培養的肝細胞能廣泛形成膽汁毛細管網狀結構，而且可以長時間保持肝臟特異性功能，同時具轉運膽汁酸和維持鈉離子-牛膽酸共同轉運多肽的功能。三明治培養的肝細胞代謝酶活力可維持2周左右，且無代謝退化現象。在2D培養的大鼠肝細胞中，細胞色速CYP3A僅在d1表達，而在三明治培養的肝細胞中卻可表達2周左右，且表達量隨著培養時間的延長而顯著增加。肝細胞三明治培養的另一個主要特點是能激活需經過代謝才具遺傳毒性的化合物，且該活性能維持2周左右，而2D培養的肝細胞在最初接種培養幾個小時后喪失這種能力。雖然無細胞體系（如肝S9）能代謝化合物成遺傳毒形式，但在代謝過程中擾亂了化合物的激活/去毒平衡，因此與完整細胞體系的代謝產物譜差異很大。三明治培養的肝細胞比肝S9表現出更真實的遺傳毒效應。

3 IPHASE原代肝細胞產品

IPHASE/匯智和源憑借多年的技術能力和技術經驗的積累，現已形成猴、犬、大鼠、小鼠等原代肝細胞產品，并且在已有原代肝細胞產品的基礎上，聚焦研發肝細胞球聚體和三明治培養肝細胞等3D細胞模型，為廣大客戶提供更為合適的體外藥物評價細胞模型。