大鼠肝细胞灌流芯片用于重复给药毒性检测

新加坡 / 罗马尼亚研究解读2017-11-06

把长期培养需要的条件集成进芯片

重复给药的肝毒性实验需要细胞在较长时间内保持代谢功能。新加坡与罗马尼亚团队在 Scientific Reports 报道一种灌流培养芯片，把大鼠原代肝细胞球用于短期和重复给药比较。

肝细胞球被固定在玻璃与多孔薄膜之间，培养液沿薄膜表面流动，以兼顾物质交换和较低剪切作用。装置整合温度控制、培养液流动及气泡清除，维持细胞所在微环境。

研究比较不同流速和培养室深度，选择约 0.1 mL/h 的条件开展后续培养。流动改善营养与氧供应，较浅培养室中的细胞功能表现较好；这些参数在同一细胞球模型内进行了比较。

团队用白蛋白、尿素及酶活性评价培养状态，并比较单层、胶原夹层、静态细胞球和芯片灌流。灌流条件下，白蛋白和尿素分泌整体较高，细胞球在第 24 天的活性染色仍显示存活结构。

药物代谢功能以探针底物转化测量，包括大鼠 CYP1A2、CYP2B1/2 和 CYP3A2。团队在第 8 天和第 14 天分析代谢产物，芯片培养的相关酶活性高于部分静态对照。酶检测时，细胞球从芯片移到培养板内进行底物处理。

因此，24 天的细胞观察、14 天的功能验证与后续药物试验有各自时间范围。长期维持指标为重复给药实验提供了培养基础。

在药物实验前，研究测量了芯片和管路对药物的吸附。灌流 30 分钟时，对乙酰氨基酚和双氯芬酸的外流液回收比例约为 74% 与 52%；48 小时后分别约为 98% 和 95%。

大部分吸附与管路有关，双氯芬酸的初期损失更明显。该检测表明，名义加药浓度和细胞实际接触量之间可能随运行时间改变，重复给药比较需要同时考虑装置条件。

急性试验持续 24 小时。双氯芬酸较高浓度降低 MTS 代谢活性，芯片与胶原夹层培养的反应接近；对乙酰氨基酚的急性反应则在芯片中更明显。

重复暴露试验使用双氯芬酸 1–100 μM 和对乙酰氨基酚 0.1–10 mM，观察至第 14 天。药物按长期培养安排重复给予，静态对照每 48 小时换液加药，再通过 MTS 检测比较代谢活性。

在 100 μM 双氯芬酸下，芯片 14 天后的 MTS 信号低于未加药参照的 40%，同浓度 24 小时处理没有出现相近下降。对乙酰氨基酚的重复暴露也在芯片中产生更明显的信号降低。研究由此区分了持续时间与培养方式带来的结果变化。

本研究的重复给药结果建立在大鼠原代肝细胞球上，药物仅包括双氯芬酸和对乙酰氨基酚。检测重点为代谢活性及配套肝功能，当前装置通量也较低。

芯片在 14 天药物实验期间保持相关肝功能，两种培养形式对短期和重复暴露的反应有所不同。细胞功能、流动条件及药物回收的配套测量，使这些药物数据可以与相应培养条件一起分析。