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

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！