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肝脏相关研究顶刊J Hepatol(IF>30):肝脏类器官平台可预测药物性肝损伤

发布时间:2023-02-21

药物性肝损伤可引起严重的急慢性肝病 [1-2]。约22%的临床试验失败和32%的治疗药物市场下架与之相关[3-4]。由于其通常在临床试验或上市后才被发现,这无疑增加了临床试验参与者的风险,也增加了药物开发的经济负担。

目前,临床前的药物肝毒性评价主要借助于原代人源肝细胞。这类细胞虽然保留了肝细胞功能,但代谢能力大大减弱,且来源于新鲜和冷冻保存样本的细胞间差异很大,限制了其在药物性肝损伤风险的大规模筛查[5-6]。

为应对这一挑战,研究人员使用人类肝脏类器官对体外模拟药物性肝损伤以及进行高通量筛选的可行性进行探究。这种肝脏类器官兼具肝细胞样细胞和非实质样细胞[7]。通过集成生物标志物/分析物检测、高内涵成像表型和单细胞RNA测序,本研究提供了一个全面的药物性肝损伤解析平台,它不仅能够在384孔板体系下实现药物性肝损伤风险的快速筛查,同时也具有肝毒性诱发机理的评估潜力。

● 一、主要研究结果

1. 对3种不同来源的iPSC成功构建肝脏类器官,基于特异性标记蛋白HNF4A、α-SMA、CD68及单细胞测序,证实该类器官中存在肝实质样细胞、星状样细胞与枯否样细胞。

2. 在384孔板体系下使用这3种iPSC构建的肝脏类器官对12种肝毒性药物进行测试,均呈现出高灵敏的细胞毒性,而永生化肝癌系Huh7和类器官分化前期的内胚层细胞均没有响应。

3. 将肝脏类器官接种于双室微流控芯片构建Patient-derived liver-on-chips (PaDLOC),通过测定白蛋白的分泌、药物代谢情况以及单细胞测序分析肝脏特异性标记物的变化,发现与平板培养体系相比,基于类器官的芯片系统可更好模拟肝脏功能及微环境。

以ALT、AST 及白蛋白的分泌为检测指标,APAP 和 filauridine在PaDLOC中表现出明显的肝损伤表型,而在原代人源肝细胞模型中白蛋白的分泌没有显著变化,提示PaDLOC对药物性肝损伤的预测潜力。此外,在PaDLOC中对APAP 和 filauridine处理后的细胞核及脂质进行染色,表型有所差异,提示PaDLOCs可以捕获药物引起肝损伤的异质性。

4. inarigivir/tenofovir早期在原代人源肝细胞模型上未表现出肝毒性,但在2期临床实验中长期用药后出现明显肝损伤而被迫中止。将上述肝脏类器官平台应用于inarigivir/tenofovir联用疗法的毒性检测,结果显示单药治疗在7天内没有观察到任何影响,联合用药后出现了明显的肝毒性,与临床观测结果相符,证明了该平台在预测药物性肝损伤的应用价值。


参考资料:

[1] Fontana RJ, Watkins PB, Bonkovsky HL, Chalasani N, Davern T, Serrano J, et al. Drug-Induced Liver Injury Network (DILIN) prospective study: rationale, design and conduct. Drug Saf. 2009; 32: 55–68.

[2] Fontana RJ, Seeff LB, Andrade RJ, Björnsson E, Day CP, Serrano J, et al. Standardization of nomenclature and causality assessment in drug-induced liver injury: summary of a clinical research workshop. Hepatology. 2010; 52: 730–742.

[3] Bakke OM, Manocchia M, de Abajo F, Kaitin KI, Lasagna L. Drug safety discontinuations in the United Kingdom, the United States, and Spain from 1974 through 1993: a regulatory perspective. Clin. Pharmacol. Ther. 1995; 58: 108–117.

[4] Watkins PB. Drug safety sciences and the bottleneck in drug development. Clin. Pharmacol. Ther. 2011; 89: 788–790.

[5] Jeffries RE, Gamcsik MP, Keshari KR, Pediaditakis P, Tikunov AP, Young GB, et al. Effect of Oxygen Concentration on Viability and Metabolism in a Fluidized-Bed Bioartificial Liver Using 31P and 13C NMR Spectroscopy. Tissue Eng. Part C Methods. 2013; 19: 93–100.

[6] Stéphenne X, Najimi M, Sokal EM. Hepatocyte cryopreservation: is it time to change the strategy? World J. Gastroenterol. 2010; 16: 1–14.

[7] Ouchi R, Togo S, Kimura M, Shinozawa T, Koido M, Koike H, et al. Modeling Steatohepatitis in Humans with Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids. Cell Metab. 2019; 30: 374–384.e6.