肝心芯片中的代谢、电活动和收缩力测量
循环培养原代人肝细胞和 iPSC 心肌细胞，重复测量电活动、收缩力及培养液中药物和代谢物。
用途与模型
- 研究用途
- 研究肝脏代谢如何改变药物心毒性，并分析装置内暴露。
- 模型与细胞来源
- 商用人诱导多能干细胞（iPSC）来源心肌细胞和原代人肝细胞；主要药物实验的肝细胞来自一位供者。
- 方法版本
- 2018 年原代人肝细胞与 iPSC 心肌细胞无泵循环、两药验证版本
- 实验形式
- 3 个培养室；2 mL 无血清 HSL3 培养液；摇摆驱动往复循环。
材料与平台
- 培养装置与细胞
- PMMA 主体、PDMS 密封垫；胶原包被玻片承载肝细胞，定制 MEA 与硅微悬臂承载心肌细胞。细胞在各自培养液中培养 7 天后组装。
- 流动和换液
- 37°C、5% CO2；摇摆平台提供重力流动，每天换液 30%。计算细胞处剪切应力低于 0.05 dyn/cm²。
- 药物和观察时序
- 组装第 4 天加入环磷酰胺 9 mM 或特非那定 10 µM，在给药前、24 和 72 小时测量心脏功能；第 7 天拆解检测。
- 功能与暴露检测
- MEA 记录传导、搏动和最短刺激间隔；激光检测悬臂偏转；白蛋白、尿素和 CYP1A1/3A4 活性；MTT/alamarBlue；HPLC-MS 定量特非那定和非索非那定。
测量指标与分析
- 传导速度
- 自发搏动频率
- 最短刺激间隔（mISI）
- 收缩力
- 肝 CYP1A1 和 CYP3A4 活性
- 药物与代谢物浓度
- 细胞活力检测信号
对同一装置的功能结果作给药前归一化；比较有无肝细胞的条件。特非那定计算模型组合混合、吸附、换液、摄取与代谢，并与 HPLC-MS 实测浓度比较。
研究设计与结果
实验条件比较
- 研究设计
- 先分别测试两药与其选定代谢物，再在有无肝细胞的循环系统比较药物作用；特非那定另做暴露模型验证。
- 测试范围
- 至少 3 次独立实验；主药物验证使用一位肝细胞供者。两种母体药物分别为环磷酰胺和特非那定，选定代谢物为丙烯醛和非索非那定。
- 参照体系
- 心肌细胞单独系统、肝心循环系统和溶剂对照；单独培养的代谢物反应；计算浓度与 HPLC-MS 实测值。
- 研究结果
- 肝细胞存在时，环磷酰胺造成更持续的收缩下降；特非那定的部分电活动影响减轻，但收缩力仍下降。特非那定浓度预测与 24/48/72 小时实测值的平均差异为 23.7%±33.1%。
适用条件与研究局限
- 特非那定在 24 小时约 98% 被装置吸附，培养液中的药物浓度随时间改变。
- 高浓度环磷酰胺组 alamarBlue 信号增加，作者讨论了检测干扰的可能性。
- 论文统计方法将 p<0.08 作为显著性阈值，图中另区分 p<0.08、p<0.05 等层级。
- 28 天细胞维持实验与 72 小时药物验证采用不同观察范围；当前药物集仅包含两种母体药物。
- 计算模型简化了药物再次进入细胞及 PDMS 结合、释放的时间变化。
来源与原文
- Investigation of the effect of hepatic metabolism on off-target cardiotoxicity in a multi-organ human-on-a-chip system.原始研究 · Biomaterials · 2018-08-04