人源肝细胞置于含猪肝基质的三维纤维上

药物在肝脏中的代谢会影响人体暴露量。美国马里兰大学巴尔的摩县分校(University of Maryland, Baltimore County)的研究者使用 HepaRG 人源肝细胞,比较了平面培养与三维纳米纤维支架上的药物清除表现。支架由聚己内酯与猪肝脱细胞细胞外基质构成,放入适配 12 孔板的可拆卸支架中。因此,细胞是人源的,支架材料则包含动物来源成分。

研究先检查纤维形态、基质蛋白和细胞状态,再测定培养液中药物浓度随时间的变化。利多卡因与氯氮平各观察 24 小时,氟西汀观察 72 小时;三维组与平面组使用相同的 HepaRG 细胞。论文还将体外结果同已发表的人体体内资料比较,这些人体数据来自原论文引用的既往人体研究。

在模型质量方面,三维支架上的 HepaRG 细胞呈现更明显的代谢功能相关指标。研究者据此检查支架结构是否能影响同一细胞来源的药物处理,同时检查了细胞状态。实验仍局限于 HepaRG 一种细胞来源,未测试原代人肝细胞或多细胞肝组织。

原创横版概念图:人源 HepaRG 细胞位于平面培养表面或三维纤维支架上,底部列出比较的三种药物。
三维纤维支架与平面培养中 HepaRG 细胞的药物清除比较概念图。(J&E Bio)

利多卡因清除更快,氯氮平比较受到细胞状态影响

利多卡因是最清楚的一组结果。24 小时后,三维支架组从培养液中清除约 80% 的利多卡因,平面组约为 14%。研究者按细胞数换算的内在清除率分别为 0.37 与 0.10 nL/h/cell;文献中的体内参照均值为 0.30 nL/h/cell。三维组与该参照之间没有统计学显著差异,平面组则明显偏低。

氯氮平同样在三维支架组更快从培养液中消失;达到峰值浓度一半所需的时间与文献体内资料接近。平面组在相同药物浓度下出现细胞死亡,导致其测量结果波动较大。比较三维和平面培养的氯氮平清除时,这一细胞状态差异需要与代谢能力一并考虑。

这两组结果支持研究者的核心判断:支架环境可以改变 HepaRG 细胞对部分药物的体外清除表现。但文献体内数据分别来自既往研究,不是与本次培养实验同时进行的配对人体测量;“接近”指论文所比较的清除时间或清除率指标。

氟西汀提示代谢产物移除仍是模型难点

氟西汀的变化与前两种药物不同。三维组仅在最初 4 小时比平面组清除更多氟西汀;此后直到 72 小时,两组的清除都停止。作者提出,氟西汀代谢物 S-去甲氟西汀可能抑制参与代谢的 CYP2D6,但论文没有在该实验中直接证明完整的因果路径。

作者因此提出将可排出代谢产物的结构与肝模型结合,作为后续研究方向。这项研究已经说明三维支架并不会让所有药物的清除都持续改善:利多卡因和氯氮平有较强的比较证据,氟西汀则显示出清除停止的局限,代谢产物积累是否为原因仍需检验。

就药物研发应用而言,这种比较方式可用于研究培养构型怎样改变候选药物的体外清除读数。若要进一步形成跨药物、跨细胞来源的定量预测方法,还需在更多药物和细胞批次中检验,并分开测量原药、代谢物及材料吸附的贡献。

来源与延伸阅读

  1. 3D Hepatocyte Model with Composite Nanofibers That Reproduced Human In Vivo Drug Clearance Profiles. ACS Pharmacology & Translational Science (2025). doi:10.1021/acsptsci.5c00149 ↗