
让人肝类器官细胞形成可灌流的结构
上海交通大学医学院附属仁济医院(Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University)等机构在 Journal of Nanobiotechnology 报道 HepLoC 平台。团队将成人肝组织来源的类器官细胞与微流控培养结合,尝试在同一模型中开展肝损伤、脂肪积累和纳米制剂研究。
细胞先在类器官培养条件下扩增,再经解离后进入 OrganoPlate。芯片中央通道为胶原凝胶,邻近通道中的细胞逐渐形成管状上皮结构,培养液沿相邻通道交换,从而建立可观察的肝细胞层。
平台通过摇动产生重力驱动灌流,随后进行分化培养。多个培养单元并行,可在相同平台上比较不同处理条件。团队同时保留未分化类器官细胞和常规三维类器官作为参照。
中央胶原通道最初不含细胞,细胞位于邻近通道并形成贴近胶原的结构。团队使用胶原 I 处理相应表面,随后通过分化培养改变细胞状态。这个过程将类器官的细胞扩增与芯片内组织形成分成两个阶段。
分化后的芯片细胞增强肝功能并形成极化结构
与未分化细胞或常规三维类器官相比,分化后的芯片细胞具有更强的肝细胞相关功能:白蛋白和 α1-抗胰蛋白酶分泌增加,尿素合成和氨清除能力也增强。团队以原代肝细胞作为参照,评价模型的分化状态。
转录组比较覆盖 3 名供者来源的模型。与常规三维类器官相比,HepLoC 中 ALB、CYP3A5 和 ADH6 等肝相关基因表达升高,药物代谢、脂质运输和胆汁酸代谢相关基因的表达也增强。
细胞还出现紧密连接和转运蛋白的极化分布。团队用荧光底物分析 MRP2 相关转运,观察荧光产物在组织结构内的分布。这项检测与蛋白定位共同用于判断胆小管相关功能。
转运分析采用 CDFDA,进入细胞后形成荧光产物 CDF,再经 MRP2 转运至细胞间的胆小管网络。HepLoC 中的荧光在细胞连接区域积累并随时间增强,未分化芯片中则主要保留在细胞内。团队结合 MRP2、BSEP 和 ZO-1 定位,检查胆小管转运、肝细胞极化和紧密连接。
曲格列酮损伤同时影响活性与转运
曲格列酮处理后,模型细胞存活随浓度增加而下降,乳酸脱氢酶释放增多。MRP2 从细胞膜向胞质重新分布,紧密连接蛋白 ZO-1 的定位也发生改变;电镜显示细胞间紧密连接受损,CDF 荧光转运减少。
脂肪积累模型用于比较干预反应
团队以油酸和棕榈酸建立早期脂肪性肝病相关条件。处理后,脂滴和甘油三酯积累增加,氧化应激及部分脂质代谢、炎症相关表达也上升,整体细胞活性则保持相对稳定。
脂肪处理条件采用 500 μM 油酸和 250 μM 棕榈酸。研究在脂质堆积之外,还测量活性氧和相关基因表达,区分组织中的脂质负担与明显细胞死亡。这样能够在细胞仍具有活性时比较干预对脂肪积累的影响。
非诺贝特、奥贝胆酸和 FGF19 在相应测试条件下减少脂质积累。研究随后比较游离姜黄素与姜黄素脂质体,后者在降低脂滴或相关脂质指标上呈现更强作用,为纳米递送形式的比较提供实例。
模型以肝实质细胞为主,当前变化集中在较早期脂肪积累。作者提出继续加入非实质细胞,使后续研究能够覆盖更复杂的炎症、细胞互作和疾病进展。
分别比较脂质成分与完整纳米制剂
研究还单独测试 DSPE-PEG2000、MC3 和 DOTAP 等脂质成分。不同成分在相应浓度下的细胞影响不同:DOTAP 的毒性更明显,MC3 在较高浓度下出现影响,DSPE-PEG2000 在本次测试范围内的影响较小。
MC3 等是核酸递送体系常用的脂质成分,团队分别测试这些脂质对肝模型的细胞毒性;另以姜黄素脂质体作为完整制剂,与游离药物比较降低脂肪积累的效果。两组实验分别评价成分毒性和制剂药效。
作者还在探索将肠道等类器官接入其他通道,建立多器官网络,研究肠—肝相互作用及纳米制剂的吸收、代谢和安全性。