深度綜述：3D肝臟模型的進展及其在肝毒性評價方面的應用

以下來自齊氏生物編譯整理（來源：《CRITICAL REVIEWS IN TOXICOLOGY》）

藥物不良反應是臨床試驗失敗和上市后藥物撤市的主要原因。藥物性肝損傷約占導致撤市不良反應的30%。目前用于藥物安全性評價的模型包括體外模型和動物模型。體外評價模型常使用人類肝細胞單層培養模型，其適用于急性藥物毒性檢測，不適合長期重復給藥的研究。動物模型則與人類存在種屬差異，單獨使用并不能充分預測藥物對人體的慢性肝毒性。肝臟3D模型保留了體內細胞微環境的物質結構基礎、模擬肝臟組織功能，可用于長期肝毒性檢測和相關機制的研究。

最近，蘇州大學放射醫學與輻射防護國家重點實驗室教授、美國資格認證毒理學家（DABT）張樂帥博士等在毒理學刊物《CRITICAL REVIEWS IN TOXICOLOGY》上刊登了一篇深度綜述，就肝臟3D模型的制備方法、制備用細胞、藥物性肝損傷評價方面的應用進行了詳盡的介紹，并就3D肝臟模型的商業化應用和市場發展做了深入的分析。今天這篇文章中，齊氏生物也將為各位讀者介紹其中的內容。
3D肝臟模型的制備方法

3D肝臟模型制備所用技術可分為兩大類：非支架技術和支架技術。
建立一個簡單的類似球體的3D肝臟模型，肝細胞需要相互作用相互連接形成細胞聚集體。接下來幾天內，松散的細胞團逐漸變得緊密，相鄰細胞之間發生“融合”，最終形成肝細胞球體模型。在球體形成過程中未使用支架材料，而是使用攪拌、某種形式的低附著表面等方法促進細胞聚集，這類方法稱為非支架技術。

使用非支架技術的3D肝臟模型制備方法包括非細胞附著平面的半球體形成法、瓊脂和ULA法、懸滴法、磁懸浮法、光刻技術。使用支架技術的制備方法包括納米纖維和微網結構、細胞外基質及3D打印技術、芯片上的微流控器件與“器官”。作者仔細分析了這些方法的優勢與不足，以方便研究者對這些3D模型進行選擇性應用。

3D肝臟模型制備用細胞
正確選擇肝細胞類型對構建生理相關的3D肝臟模型和預測外源性肝毒性的準確性至關重要。目前用于3D肝臟模型構建的細胞主要有原代肝細胞、干細胞分化而來的類肝細胞、永生化細胞株、Hepg2及CA3細胞株、HepaRG細胞株。同樣，作者對這些細胞制備3D肝臟模型的優點和不足也進行了深入的比較分析，為了讀者進行選擇提供了極大的便利。
3D肝臟模型在肝損傷評價方面的應用
3D肝臟模型在藥物性肝損傷評價方面的應用主要包括三個方面：1）藥物化合物的肝毒性評價 2）納米材料檢測應用；3）藥物誘導的慢性肝病研究。如脂肪變性、膽汁淤積等。下圖為在3D肝臟模型中產生藥物引起的磷脂質積累的現象。
3D肝臟模型商業化應用與市場發展
3D肝臟模型相關公司可分為三類：提供3D模型或3D模型相關服務的公司、提供制備細胞的公司、提供培養支持材料的公司。提供3D肝臟模型相關服務的公司主要有InSphero、Invitrocue、 Cyprotex、Cyprio、Emulate等。提供制備細胞的公司主要有Lonza、BioPredic、Thermal Fisher Scientific、Sigma Aldrich、和齊氏生物科技有限公司等。Lonza主要提供來源于人、猴、狗、大小鼠肝細胞，BioPredic主要提供HepaRG^TM。Thermal Fisher Scientific、Sigma Aldrich和齊氏生物科技有限公司則主要致力于不同類型原代細胞的分離及相應細胞的供應，例如肝實質細胞、肝枯否細胞、肝星狀細胞及膽管細胞等。
3D肝臟模型已有許多公司和機構用于藥物篩選及評價，但其市場發展仍存在一些障礙，例如難以獲得肝組織、人肝細胞的質量受限于來源組織、缺乏器官組織捐贈的觀念、細胞產品進出口管控嚴格、藥政法規缺乏等。
3D肝臟模型供應商應對模型進行充分的優化與驗證，以滿足制藥企業的需求。在滿足制藥企業需求前提下，盡管市場發展存一些障礙，但隨著法律法規的進展、觀念文化的改變，藥政當局將3D肝臟模型納入藥物化合物安全評價體系，3D肝臟模型必將贏得更大的市場容量和更好的市場前景。

參考資料

1. Xihui ZHang, Tianyan Jiang, Dandan Chen, QiWang, Leshuai Zhang. Three-dimensional Liver Models: State of the Art and Their Application for Hepatotoxicity Evaluation. Crit Rev Toxicol. 2020 May 18;1-31