肝类器官组成、胆汁运输与 LoT 筛查设计
药物引起的肝损伤可能涉及胆汁运输受阻、线粒体变化和供者易感性。2020 年首次在线发表、后收入 Gastroenterology 的研究，将这些问题纳入人源肝类器官筛查体系。团队主要来自 Cincinnati Children’s Hospital Medical Center，并有日本机构参与，将该体系称为 Liver organoid-based Toxicity screen，简称 LoT。
研究从可保存的前体材料形成肝类器官，以减少不同批次材料带来的部分差异。整体工作使用 10 个多能干细胞系，并同时分析模型组成、胆汁运输和药物反应。
细胞组成、肝功能与胆汁运输表征
类器官包含肝相关细胞和部分非实质细胞，肝细胞具有极性及胆小管样结构。单细胞分析显示其中存在不同的肝细胞状态，但部分细胞仍不成熟，只呈现成人肝细胞的部分特征。
团队对 5,177 个模型细胞开展单细胞分析，并与 5 名供者的原代人肝细胞资料对照。模型中实质细胞约占 74.4%，非实质细胞约占 25.6%；部分肝细胞群具有门管区或中央区相关表达特征，另一些仍接近肝母细胞状态。模型的白蛋白分泌量与比较用原代肝细胞未见显著差异，还表现出部分药物代谢酶的诱导反应。
模型可产生胆汁酸，胆小管样结构及向内腔分布的转运蛋白共同支持其胆汁运输功能。研究用荧光胆汁酸类似物观察内腔积累，并结合胆盐输出泵（bile salt export pump，BSEP）的功能比较：BSEP 功能受损的模型外观近似对照，却不能正常积累荧光胆汁酸；药物抑制 BSEP 后，正常模型也出现运输下降。
238 种药物同时比较活力与胆汁功能
LoT 采用可快速成像的多孔板形式，筛查 238 种上市药物，其中 206 种已有药物性肝损伤报道，32 种作为阴性参照。每种药物设置 4 个浓度，检测细胞活力和胆汁淤积相关功能，使同一材料能够呈现不同损伤表现。
团队以各药物的临床峰浓度作为参照，分析最接近且高于该值的测试浓度。已知可引起胆汁淤积的药物往往降低荧光胆汁酸的腔内积累，提示胆汁运输受抑制。
部分药物在细胞活力仍较高时已影响胆汁运输。团队随后选择其中的药物，进一步比较胆汁运输与线粒体指标随时间的变化。
比较 24 小时功能变化与 72 小时细胞活力
为进一步研究机制，团队选择 10 种药物，在不显著影响早期活力的条件下观察线粒体膜电位相关信号和胆汁运输。托卡朋、双氯芬酸、环孢素 A 和奈法唑酮在 24 小时引起剂量相关的膜电位信号增加，波生坦、恩他卡朋和吡格列酮未见同样变化。曲格列酮也使信号增加，但未呈现明确的剂量依赖。
在 24 小时同时影响胆汁运输和线粒体指标的药物中，环孢素 A、曲格列酮和奈法唑酮在 72 小时引起较明显的活力下降。作者将这一结果与既有肝损伤多机制研究进行比较。
脂质负荷与供者差异改变药物反应
团队还构建具有脂质负荷的模型，观察到氧化应激增加和线粒体肿胀，并比较曲格列酮与吡格列酮。脂质负荷条件下，曲格列酮引起更明显的活力损失，而吡格列酮没有表现出相同作用。抗氧化剂 N-乙酰半胱氨酸能够缓解部分细胞死亡，为在模型中研究易感状态及损伤缓解提供了概念验证。
另一组实验比较 8 个不同供者背景的细胞系，关注 CYP2C9*2 与波生坦相关胆汁运输变化。携带该变异的部分模型表现出更明显的功能受损，支持进一步研究遗传背景与药物反应的关系。由于这些是不同供者材料，其他遗传差异也可能参与结果。
后续需补充免疫成分与跨机构盲法验证
作者指出，模型缺少适应性免疫成分，需要进一步完善才能研究相应的免疫介导肝损伤。本研究在单一机构完成，下一步还需在独立机构使用盲法化合物测试，评价结果的可重复性。