3D肝臟模型的進(jìn)展及其在肝毒性評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用

以下來自齊氏生物編譯整理（來源：《CRITICAL REVIEWS IN TOXICOLOGY》）

藥物不良反應(yīng)是臨床試驗(yàn)失敗和上市后藥物撤市的主要原因。藥物性肝損傷約占導(dǎo)致撤市不良反應(yīng)的30%。目前用于藥物安全性評(píng)價(jià)的模型包括體外模型和動(dòng)物模型。體外評(píng)價(jià)模型常使用人類肝細(xì)胞單層培養(yǎng)模型，其適用于急性藥物毒性檢測(cè)，不適合長(zhǎng)期重復(fù)給藥的研究。動(dòng)物模型則與人類存在種屬差異，單獨(dú)使用并不能充分預(yù)測(cè)藥物對(duì)人體的慢性肝毒性。肝臟3D模型保留了體內(nèi)細(xì)胞微環(huán)境的物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、模擬肝臟組織功能，可用于長(zhǎng)期肝毒性檢測(cè)和相關(guān)機(jī)制的研究。

最近，蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、美國(guó)資格認(rèn)證毒理學(xué)家（DABT）張樂帥博士等在毒理學(xué)頂級(jí)刊物《CRITICAL REVIEWS IN TOXICOLOGY》上刊登了一篇深度綜述，就肝臟3D模型的制備方法、制備用細(xì)胞、藥物性肝損傷評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的介紹，并就3D肝臟模型的商業(yè)化應(yīng)用和市場(chǎng)發(fā)展做了深入的分析。今天這篇文章中，齊氏生物也將為各位讀者介紹其中的內(nèi)容。
  3D肝臟模型的制備方法

3D肝臟模型制備所用技術(shù)可分為兩大類：非支架技術(shù)和支架技術(shù)。
建立一個(gè)簡(jiǎn)單的類似球體的3D肝臟模型，肝細(xì)胞需要相互作用相互連接形成細(xì)胞聚集體。接下來幾天內(nèi)，松散的細(xì)胞團(tuán)逐漸變得緊密，相鄰細(xì)胞之間發(fā)生“融合”，最終形成肝細(xì)胞球體模型。在球體形成過程中未使用支架材料，而是使用攪拌、某種形式的低附著表面等方法促進(jìn)細(xì)胞聚集，這類方法稱為非支架技術(shù)。
  使用非支架技術(shù)的3D肝臟模型制備方法包括非細(xì)胞附著平面的半球體形成法、瓊脂和ULA法、懸滴法、磁懸浮法、光刻技術(shù)。使用支架技術(shù)的制備方法包括納米纖維和微網(wǎng)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞外基質(zhì)及3D打印技術(shù)、芯片上的微流控器件與“器官”。作者仔細(xì)分析了這些方法的優(yōu)勢(shì)與不足，以方便研究者對(duì)這些3D模型進(jìn)行選擇性應(yīng)用。
3D肝臟模型制備用細(xì)胞
正確選擇肝細(xì)胞類型對(duì)構(gòu)建生理相關(guān)的3D肝臟模型和預(yù)測(cè)外源性肝毒性的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。目前用于3D肝臟模型構(gòu)建的細(xì)胞主要有原代肝細(xì)胞、干細(xì)胞分化而來的類肝細(xì)胞、永生化細(xì)胞株、Hepg2及CA3細(xì)胞株、HepaRG細(xì)胞株。同樣，作者對(duì)這些細(xì)胞制備3D肝臟模型的優(yōu)點(diǎn)和不足也進(jìn)行了深入的比較分析，為了讀者進(jìn)行選擇提供了極大的便利。
  3D肝臟模型在肝損傷評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用
3D肝臟模型在藥物性肝損傷評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：1）藥物化合物的肝毒性評(píng)價(jià) 2）納米材料檢測(cè)應(yīng)用；3）藥物誘導(dǎo)的慢性肝病研究。如脂肪變性、膽汁淤積等。下圖為在3D肝臟模型中產(chǎn)生藥物引起的磷脂質(zhì)積累的現(xiàn)象。
  3D肝臟模型商業(yè)化應(yīng)用與市場(chǎng)發(fā)展
3D肝臟模型相關(guān)公司可分為三類：提供3D模型或3D模型相關(guān)服務(wù)的公司、提供制備細(xì)胞的公司、提供培養(yǎng)支持材料的公司。提供3D肝臟模型相關(guān)服務(wù)的公司主要有InSphero、Invitrocue、 Cyprotex、Cyprio、Emulate等。提供制備細(xì)胞的公司主要有Lonza、BioPredic、Thermal Fisher Scientific、Sigma Aldrich、和齊氏生物科技有限公司等。Lonza主要提供來源于人、猴、狗、大小鼠肝細(xì)胞，BioPredic主要提供HepaRG^TM。Thermal Fisher Scientific、Sigma Aldrich和齊氏生物科技有限公司則主要致力于不同類型原代細(xì)胞的分離及相應(yīng)細(xì)胞的供應(yīng)，例如肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞、肝枯否細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞及膽管細(xì)胞等。

3D肝臟模型已有許多公司和機(jī)構(gòu)用于藥物篩選及評(píng)價(jià)，但其市場(chǎng)發(fā)展仍存在一些障礙，例如難以獲得肝組織、人肝細(xì)胞的質(zhì)量受限于來源組織、缺乏器官組織捐贈(zèng)的觀念、細(xì)胞產(chǎn)品進(jìn)出口管控嚴(yán)格、藥政法規(guī)缺乏等。
3D肝臟模型供應(yīng)商應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行充分的優(yōu)化與驗(yàn)證，以滿足制藥企業(yè)的需求。在滿足制藥企業(yè)需求前提下，盡管市場(chǎng)發(fā)展存一些障礙，但隨著法律法規(guī)的進(jìn)展、觀念文化的改變，藥政當(dāng)局將3D肝臟模型納入藥物化合物安全評(píng)價(jià)體系，3D肝臟模型必將贏得更大的市場(chǎng)容量和更好的市場(chǎng)前景。

參考資料

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