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原代肝细胞三维培养模型在药物代谢和毒性评估中的应用


原代肝细胞二维(2D)培养具有操作简单、费用低等优点,是目前体外药物代谢和毒性评估广泛使用的细胞模型。由于2D培养不能模拟体内微环境和细胞生长状态,2D细胞模型在组织结构、基因表达以及生物学特性等方面与体内细胞相去甚远。三维(3D)细胞培养可提供与体内相似的支架系统,创建与体内类似的生长环境,具有与来源组织十分接近的结构特征和功能特性。肝细胞3D培养模型必将在未来药物代谢、毒性评估以及疾病细胞模型中逐步取代2D肝细胞模型。

1    3D培养简介

1.1  3D细胞培养定义

3D细胞培养是指将具有三维结构的材料与细胞在体外共同培养,使细胞能够在载体的三维立体空间结构中迁移、生长,构成三维的细胞载体复合物。3D培养类似于细胞在体内的生长方式,既能保留体内细胞微环境的物质及结构基础,又能展现细胞培养的直观性及条件可控性的优势。

1.2  3D细胞培养优势

 体外模拟复杂的组织结构,接近体内细胞生长环境,实现真实的细胞生 物学功能。

准确建立靶组织模型,有效预测病程和药物反应。

少量细胞可实现快速生长,兼容自动化仪器,降低成本。

1.3  3D细胞培养方式

无支架培养:悬滴培养,磁悬浮培养,超低粘附培养面培养等。

支架培养:天然支架,合成支架。

2    原代肝细胞3D培养模型

2.1 肝细胞球聚体培养模型

肝细胞球聚体培养是通过无支架3D培养方式,接种培养的肝细胞可形成直径达100-200μm球状聚集体。肝细胞球聚体与机体肝组织在结构和功能上十分相似,都是由胶原、弹性蛋白、蛋白多糖和糖蛋白所构建的立体网络结构支持和调节,球聚体内部可出现类胆管结构,用核磁共振光谱扫描肝细胞球聚体,球聚体代谢产物谱与体内肝脏最相似,而与2D培养的肝细胞差异很大。此外,肝细胞存活时间和肝特异性功能(如细胞色素P450活性和白蛋白合成等)维持时间都比2D培养的肝细胞显著延长。

最近一项研究表明人原代肝细胞经球聚体培养后存活时间超过5周,且CYP酶活性几乎没有变化。肝细胞球聚体在蛋白质组水平上与在体肝脏非常相似,负责药物吸收、分布、代谢和排泄的酶能持续表达14天以上。2D培养的肝细胞最多存活7-10天左右,而肝细胞球聚体超长的存活时间非常适用于药物的肝毒性评估。最近报道了一种由肝细胞和非实质细胞组成的球聚体反复暴露于化学物质28天后,显示其对肝毒性的敏感性增加,这些结果表明重复暴露对检测肝毒性的重要性。

2.2 肝细胞三明治培养模型

在体外通过在两层胶原或Matrigel内培养肝细胞可以重构体内结构,称为三明治培养。三明治培养的肝细胞能广泛形成胆汁毛细管网状结构,而且可以长时间保持肝脏特异性功能,同时具转运胆汁酸和维持钠离子-牛胆酸共同转运多肽的功能。三明治培养的肝细胞代谢酶活力可维持2周左右,且无代谢退化现象。在2D培养的大鼠肝细胞中,细胞色素CYP3A仅在d1表达,而在三明治培养的肝细胞中却可表达2周左右,且表达量随着培养时间的延长而显著增加。肝细胞三明治培养的另一个主要特点是能激活需经过代谢才具遗传毒性的化合物,且该活性能维持2周左右,而2D培养的肝细胞在最初接种培养几个小时后丧失这种能力。虽然无细胞体系(如肝S9)能代谢化合物成遗传毒形式,但在代谢过程中扰乱了化合物的激活/去毒平衡,因此与完整细胞体系的代谢产物谱差异很大。三明治培养的肝细胞比肝S9表现出更真实的遗传毒效应。

3    IPHASE原代肝细胞产品

IPHASE/汇智和源凭借多年的技术能力和技术经验的积累,现已形成猴、犬、大鼠、小鼠等原代肝细胞产品,并且在已有原代肝细胞产品的基础上,聚焦研发肝细胞球聚体和三明治培养肝细胞等3D细胞模型,为广大客户提供更为合适的体外药物评价细胞模型。

4    IPHASE原代肝细胞优势

l  安全性

IPHASE/汇智和源分离原代肝细胞所用动物均经过传染源检测,使用安全、更放心。

l  纯度高

IPHASE/汇智和源生产的原代肝细胞经分离纯化后纯度高,状态好。

l  活性好

IPHASE/汇智和源生产的原代肝细胞,复苏存活率可达90%以上,所有种属原代肝细胞均经过体外代谢质控,代谢活性强。

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