原代肝細(xì)胞三維培養(yǎng)模型在藥物代謝和毒性評估中的應(yīng)用

原代肝細(xì)胞二維（2D）培養(yǎng)具有操作簡單、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是目前體外藥物代謝和毒性評估廣泛使用的細(xì)胞模型。由于2D培養(yǎng)不能模擬體內(nèi)微環(huán)境和細(xì)胞生長狀態(tài)，2D細(xì)胞模型在組織結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)以及生物學(xué)特性等方面與體內(nèi)細(xì)胞相去甚遠(yuǎn)。三維（3D）細(xì)胞培養(yǎng)可提供與體內(nèi)相似的支架系統(tǒng)，創(chuàng)建與體內(nèi)類似的生長環(huán)境，具有與來源組織十分接近的結(jié)構(gòu)特征和功能特性。肝細(xì)胞3D培養(yǎng)模型必將在未來藥物代謝、毒性評估以及疾病細(xì)胞模型中逐步取代2D肝細(xì)胞模型。

1    3D培養(yǎng)簡介

1.1  3D細(xì)胞培養(yǎng)定義

3D細(xì)胞培養(yǎng)是指將具有三維結(jié)構(gòu)的材料與細(xì)胞在體外共同培養(yǎng),使細(xì)胞能夠在載體的三維立體空間結(jié)構(gòu)中遷移、生長，構(gòu)成三維的細(xì)胞載體復(fù)合物。3D培養(yǎng)類似于細(xì)胞在體內(nèi)的生長方式，既能保留體內(nèi)細(xì)胞微環(huán)境的物質(zhì)及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，又能展現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)的直觀性及條件可控性的優(yōu)勢。

1.2  3D細(xì)胞培養(yǎng)優(yōu)勢

 體外模擬復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，接近體內(nèi)細(xì)胞生長環(huán)境，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的細(xì)胞生 物學(xué)功能。

準(zhǔn)確建立靶組織模型，有效預(yù)測病程和藥物反應(yīng)。

少量細(xì)胞可實(shí)現(xiàn)快速生長，兼容自動(dòng)化儀器，降低成本。

1.3  3D細(xì)胞培養(yǎng)方式

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無支架培養(yǎng)：懸滴培養(yǎng)，磁懸浮培養(yǎng)，超低粘附培養(yǎng)面培養(yǎng)等。

支架培養(yǎng)：天然支架，合成支架。

2    原代肝細(xì)胞3D培養(yǎng)模型

2.1 肝細(xì)胞球聚體培養(yǎng)模型

肝細(xì)胞球聚體培養(yǎng)是通過無支架3D培養(yǎng)方式，接種培養(yǎng)的肝細(xì)胞可形成直徑達(dá)100-200µm球狀聚集體。肝細(xì)胞球聚體與機(jī)體肝組織在結(jié)構(gòu)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(gòu)建的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)支持和調(diào)節(jié)，球聚體內(nèi)部可出現(xiàn)類膽管結(jié)構(gòu)，用核磁共振光譜掃描肝細(xì)胞球聚體，球聚體代謝產(chǎn)物譜與體內(nèi)肝臟最相似，而與2D培養(yǎng)的肝細(xì)胞差異很大。此外，肝細(xì)胞存活時(shí)間和肝特異性功能（如細(xì)胞色素P450活性和白蛋白合成等）維持時(shí)間都比2D培養(yǎng)的肝細(xì)胞顯著延長。

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

2.2 肝細(xì)胞三明治培養(yǎng)模型

在體外通過在兩層膠原或Matrigel內(nèi)培養(yǎng)肝細(xì)胞可以重構(gòu)體內(nèi)結(jié)構(gòu)，稱為三明治培養(yǎng)。三明治培養(yǎng)的肝細(xì)胞能廣泛形成膽汁毛細(xì)管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且可以長時(shí)間保持肝臟特異性功能，同時(shí)具轉(zhuǎn)運(yùn)膽汁酸和維持鈉離子-牛膽酸共同轉(zhuǎn)運(yùn)多肽的功能。三明治培養(yǎng)的肝細(xì)胞代謝酶活力可維持2周左右，且無代謝退化現(xiàn)象。在2D培養(yǎng)的大鼠肝細(xì)胞中，細(xì)胞色速CYP3A僅在d1表達(dá)，而在三明治培養(yǎng)的肝細(xì)胞中卻可表達(dá)2周左右，且表達(dá)量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長而顯著增加。肝細(xì)胞三明治培養(yǎng)的另一個(gè)主要特點(diǎn)是能激活需經(jīng)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(yǎng)的肝細(xì)胞在最初接種培養(yǎng)幾個(gè)小時(shí)后喪失這種能力。雖然無細(xì)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(xì)胞體系的代謝產(chǎn)物譜差異很大。三明治培養(yǎng)的肝細(xì)胞比肝S9表現(xiàn)出更真實(shí)的遺傳毒效應(yīng)。

3    IPHASE原代肝細(xì)胞產(chǎn)品

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IPHASE/匯智和源憑借多年的技術(shù)能力和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累，現(xiàn)已形成猴、犬、大鼠、小鼠等原代肝細(xì)胞產(chǎn)品，并且在已有原代肝細(xì)胞產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，聚焦研發(fā)肝細(xì)胞球聚體和三明治培養(yǎng)肝細(xì)胞等3D細(xì)胞模型，為廣大客戶提供更為合適的體外藥物評價(jià)細(xì)胞模型。

4    IPHASE原代肝細(xì)胞優(yōu)勢

l  安全性

IPHASE/匯智和源分離原代肝細(xì)胞所用動(dòng)物均經(jīng)過傳染源檢測，使用安全、更放心。

l  純度高

IPHASE/匯智和源生產(chǎn)的原代肝細(xì)胞經(jīng)分離純化后純度高，狀態(tài)好。

l  活性好

IPHASE/匯智和源生產(chǎn)的原代肝細(xì)胞，復(fù)蘇存活率可達(dá)90%以上，所有種屬原代肝細(xì)胞均經(jīng)過體外代謝質(zhì)控，代謝活性強(qiáng)。

5    相關(guān)產(chǎn)品

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匯智和源，致力于為創(chuàng)新藥研發(fā)企業(yè)及生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)提供高品質(zhì)的生物試劑，IPHASE為公司核心品牌，品牌宗旨“Innovative Reagents For Innovative Research"。