前 6 天分化相同,随后比较悬浮与包埋培养

长期毒性实验需要肝模型持续保有代谢功能,培养步骤的复杂性也会影响模型使用。日本国立医药品食品卫生研究所(National Institute of Health Sciences)等机构在 Biology Methods and Protocols 报道了一种悬浮培养方案,将其与 Geltrex 基质包埋培养直接比较。

研究采用 1 个人诱导多能干细胞(iPSC)系 ChiPSC18。两组先按相同步骤形成内胚层及前肠球状体,第 6 天再分别转入悬浮培养或基质包埋。后续经过视黄酸处理和肝细胞维持培养,逐渐形成肝类器官。

悬浮组使用常规培养皿,不外加细胞外基质,也不需要摇动或专用悬浮设备。研究因此把比较重点放在培养操作与功能随时间的变化,并未在本次实验中测试具体药物。

包埋组峰值较高,悬浮组酶活保持更稳定

2 种条件下都能检测到白蛋白分泌。包埋组在第 19–34 天的多个时间点分泌较高;悬浮组的白蛋白分泌则可持续至第 30 天以后。

CYP3A4 是研究直接检测的代谢酶。检测采用发光法,并按同一样本的 ATP 发光归一化,以考虑活细胞含量。包埋组的平均活性在第 30 天达到较高峰值,至第 40 和 50 天下降;悬浮组在第 23 天活性较低,随后第 30、40、50 天保持相对稳定。

用这 3 个时间点的平均酶活计算,悬浮组的时间变异系数为 12.6%,包埋组为 43.3%。这项比较反映酶活随培养时间的稳定程度,悬浮组较低的峰值与较好的后期保持需要一并考虑。

类器官以肝细胞样与胆管上皮样结构为主

第 25 天的 RNA-seq 比较了悬浮类器官与未分化 iPSC,每组使用 3 个独立样本。类器官的肝相关转录因子、白蛋白以及多种药物代谢相关基因表达增加,同时出现部分胆管上皮相关基因。

第 30 天的整组织染色显示,白蛋白和 HNF4α 阳性区域分布较广;CK19 阳性结构位于其邻近,细胞边界可见 E-cadherin 和 ZO-1 信号。DES 与 CD68 阳性细胞只占少量,提示基质样和巨噬细胞样成分较少。

这两组结果分别说明分化后的分子特征与组织组成。转录组没有纳入包埋类器官,染色也未用于定量比较两种培养的成熟度。

悬浮肝类器官的肝细胞样、胆管上皮样及少量其他细胞标志染色。

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悬浮肝类器官的肝细胞样、胆管上皮样及少量其他细胞标志染色。(Ryosuke Morozumi et al. / Biology Methods and Protocols, 2026, Fig. 3;CC BY 4.0;NLM/PMC)

下一步是检验不同代谢途径和长期药物反应

作者把代谢依赖性毒性研究列为下一步用途。虽然类器官表达多种代谢相关基因,本次直接酶活验证仅涉及 CYP3A4。其他酶、药物转化以及代谢激活后的损伤反应,仍需要各自的功能实验。

该方案目前只在 ChiPSC18 中评价。后续还需比较更多细胞背景,以及与原代肝细胞、二维肝细胞体系的具体毒性终点。作者提出将批量生成的类器官分装用于药物实验;直接在 96 或 384 孔内生成类器官仍待优化。

来源与延伸阅读

  1. A simple suspension culture method for generating human iPSC-derived liver organoids. Biology Methods and Protocols (2026). ↗