同一芯片转到另一实验室,细胞来源也换了

一项人肾近端小管芯片研究将原开发实验室的装置与方案转到美国得克萨斯农工大学(Texas A&M University),考察独立实验室能否重复关键功能和药物反应。研究者分别使用开发团队提供的原代细胞 HIM-31 和商购的人肾近端小管上皮细胞,并为两种来源设置平面培养对照。两种细胞均能在灌流芯片中形成小管样结构,持续培养至第 24 天。

两种细胞在芯片中形态相近,基线却有差异。商购细胞在未给药时释放的肾损伤标志物 KIM-1 明显高于 HIM-31;原研究还发现,两类细胞的转录状态按来源分开。开发团队提供的 HIM-31 细胞在芯片内重现了维生素 D 代谢的部分诱导反应,商购细胞则没有相同的代谢清除变化。原开发团队报告的低 pH 增加氨排出量,在这次独立测试中也未重现。

原创横版示意图:肾小管芯片从开发实验室转至独立实验室,比较研究室与商购细胞,并列出三种药物。
独立实验室以两种细胞来源测试近端肾小管芯片的示意图。(J&E Bio)

多黏菌素 B 的反应随细胞来源改变

研究者先用抗生素多黏菌素 B 检查肾毒性读数。HIM-31 细胞接受 50 μM 处理 48 小时后,平面培养出现明显细胞损伤,三维芯片中的细胞仍保持较好存活;尽管如此,芯片细胞中的损伤相关基因已有变化。商购细胞在两种培养条件下均出现显著细胞死亡,芯片管腔内的细胞几乎流失。

KIM-1 的变化同样取决于观察时点和细胞是否还存活。HIM-31 细胞在处理 24 小时后释放量上升,48 小时后不再保持这一变化;商购细胞处理 48 小时后,由于大量细胞丧失,培养液中的 KIM-1 反而降低。若只读取终点浓度,下降并不能解释为药物毒性较轻。

顺铂和庆大霉素扩大了测试范围,也暴露复测限制

研究随后仅用商购细胞,分别测试顺铂和庆大霉素,并将镉作为环境毒物对照。这三类暴露不能统称药物。较高浓度顺铂在 3 天后便使培养终止,较低浓度顺铂在 12 天后终止;高浓度庆大霉素持续 12 天,低浓度组可观察至第 21 天。两种药物在平面与芯片培养中均产生明显肾毒性,且发生时间并无稳定的芯片优势。

在这组延长暴露实验中,KIM-1 并未随伤害加重而持续上升,反而随着细胞丧失而下降;LDH 有时先出现峰值,随后也因细胞减少而降低。论文比较了蛋白和基因表达,但三维芯片的成像表型没有重复实验,图像差别尚未获得重复实验的统计支持。

这项研究的实际增量是把芯片、细胞来源和检测终点拆开考察。独立实验室能够维持装置运行和长期培养,但药物毒性及功能读数受到细胞来源和观察时点影响。用于药物肾毒性评价时,转移同一装置和流程之外,还需要把细胞来源、基线状态及可重复的终点一起界定。

来源与延伸阅读

  1. Technology Transfer of the Microphysiological Systems: A Case Study of the Human Proximal Tubule Tissue Chip. Scientific Reports (2018). doi:10.1038/s41598-018-33099-2 ↗