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新药研发不可或缺:解读原代肝细胞从培养到药物毒性评估

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肝脏是人体最重要的代谢与解毒器官,在药物研发和毒理学研究中具有核心地位。其主要功能包括胆合成固醇、胆汁酸和氨基酸,储存与分解糖原、降解和清除代谢物以及各种毒物,生成激素与各种酶,帮助吸收维生素等。因此,建立在体外条件下模拟肝脏功能的实验体系,是新药研发中不可或缺的环节。

在众多模型中,原代肝细胞(Primary Human Hepatocytes)因其与体内肝脏细胞高度一致的代谢特性,被认为是药物代谢与毒性研究的“金标准”。 近日,原代细胞应用专家Lonza(龙沙)发布了《原代肝细胞药物开发应用工作指南》,以下为对此指南的要点解读:

一、原代肝细胞与替代模型的比较

目前常见的肝细胞研究模型包括:

肝癌细胞系(如HepG2、Huh-7):具备无限增殖能力,适合长期培养,但药物代谢酶活性显著低于原代肝细胞。

HepaRG®细胞:可部分分化为类似原代肝细胞的表型,适合在资源有限时使用,但功能仍不完全。

iPSC分化的肝细胞:为再生医学与药物个体化提供潜力,但目前更接近胎儿肝细胞状态。

基因改造的可扩增肝细胞(如Upcyte®Hepatocytes):在一定程度上缓解了供体限制,但功能稳定性不足。

相比之下,原代肝细胞在药物代谢酶(CYP450家族)、转运体和激素反应方面最接近体内肝脏实际情况,因而被广泛应用于药物代谢、药物-药物相互作用预测、毒性机制研究等关键环节。

二、原代肝细胞的分离与保存

原代肝细胞通常利用两步胶原酶灌注法从肝组织中分离,纯度可达98%以上。分离后的细胞既可立即使用,也可采用先进的冷冻保存技术长期储存。

冷冻保存技术的成熟,极大提升了研究的便利性与可重复性。过去研究者需依赖新鲜分离的肝细胞,而如今,冻存细胞在复苏后仍可维持接近新鲜细胞的代谢活性。这一突破不仅解决了肝细胞供应受限的问题,还推动了跨实验室的标准化研究。

三、原代肝细胞在药物研发中的应用

1. 药物代谢研究

原代肝细胞是研究药物在人体内代谢途径的核心模型,主要应用包括:

代谢产物鉴定:确定药物代谢物的分子结构与类别。

代谢稳定性检测:评估药物被转化为代谢物的速率。

物种差异比较:对比不同物种肝细胞的代谢谱,以推测临床相关性。

药物摄取与转运:分析药物进入细胞和排出的动力学特征。

在实验设计上,研究者可根据需求选择悬浮培养(适合短期代谢实验)或贴壁培养(适合长期功能观察,如CYP酶诱导研究)。

2. 药物毒性评估

肝毒性是药物研发中最常见的失败原因之一。原代肝细胞在毒性研究中的应用包括:

细胞毒性检测:早期筛选药物的急性毒性。

机制性毒性研究:揭示药物诱发毒性的分子机制。

药物相互作用预测:评估药物诱导或抑制代谢酶、转运体的潜在风险。

近年来,三维培养体系(如球状体、类器官和芯片模型)在预测药物相关肝损伤方面展现出更高的准确性和稳定性,尤其适用于低清除率药物和慢性毒性研究。

3. 疾病模型建立

原代肝细胞还可用于多种疾病模型:

传染病模型:乙肝病毒(HBV)、丙肝病毒(HCV)和疟疾寄生虫均依赖肝细胞生命周期。体外感染模型为抗病毒药物与抗疟药物开发提供了实验平台。

代谢性疾病模型:如糖尿病和非酒精性脂肪性肝炎(NASH)。肝细胞可用于研究胰岛素信号通路及脂质沉积机制。

人源化小鼠模型:通过将人肝细胞移植入免疫缺陷小鼠,可重建人源性肝脏,用于跨物种的药物代谢与药效学研究。

四、相关技术要点与实验建议

Lonza在指南中提供了丰富的操作建议与常见问题解答:

培养板的选择:推荐使用含胶原包被的培养板(如Corning® BioCoat™),以保证细胞贴壁。

冻存细胞复苏:应避免反复冻融,以免降低细胞活性。

夹心培养(Sandwich culture):通过上下基质夹层维持细胞极化状态,有助于胆汁分泌和转运体功能恢复。

质量控制:每批次肝细胞存在供体差异,需检测CYP活性、贴壁率等指标以确保实验可比性。

预验证培养方案:大多数批次已内部测试细胞在96孔板培养、成球培养(Spheroid)等模型的参考数据,助您挑选到更合适的批次,缩减条件摸索时间。

此外,指南附有疑难解答,涵盖贴壁不良、代谢功能下降、细胞死亡率升高等问题的潜在原因与解决方案,对实验操作具有实用价值。

原代肝细胞因其高度生理相关性,已成为药物代谢、毒性研究及疾病建模的核心工具。随着冻存与三维培养技术的进步,其应用领域不断扩展,为提高新药研发的效率与安全性提供了有力支持。Lonza的《原代肝细胞药物开发应用工作指南》不仅系统总结了原代肝细胞的分离与应用方法,还提供了丰富的实验技巧与问题解决方案,对科研人员具有重要的参考价值。下载阅读完整手册,以获取更详细的实验方法与应用案例!

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