更高通(tong)量的(de)肝臟微生理系統，用于大規模、成(cheng)本效(xiao)益高且穩健的(de)藥(yao)物發(fa)(fa)現與開(kai)發(fa)(fa)

（??文末藥物毒理(li)出展預告，歡迎了解）

關鍵點

01   在PhysioMimix單(dan)器官高(gao)通量系統Single-Organ HT System中生成的3D肝組(zu)織具(ju)有與CN Bio旗艦(jian)Liver MPS模型相同的特(te)征

02   與其他(ta)類(lei)似的商業化OOC器官芯(xin)片模型相比，PhysioMimix HT及(ji)其芯(xin)片Liver-48的成本(ben)效益提(ti)高(gao)了(le)約6倍(bei)

03   PhysioMimix HT允許在(zai)一個微孔板上進(jin)行(xing)三(san)次重(zhong)復數(shu)據點(dian)、七點(dian)劑(ji)量反(fan)應曲線以及數(shu)據標準化到對照

04   CN Bio的(de)PhysioMimix HT系統(tong)范圍(wei)更具成本效益，并(bing)可在藥物(wu)發現的(de)早期階段采用

圖(tu)1：CN Bio PhysioMimix OOC Systems & Products

引言

盡管微生理系(xi)統（也稱為器(qi)官芯(xin)片(pian)，OOC）在(zai)改善從臨床(chuang)前數(shu)據到人體預(yu)測性(xing)的潛力和興趣頗(po)高，其采(cai)用速度卻較慢。市場(chang)分析表明有(you)幾個(ge)原因，包括成本、通量、數(shu)據穩健性(xing)和可重(zhong)復性(xing)。此(ci)外，OOC技術通常被批評僅(jin).限于藥(yao)物(wu)開發(fa)過程(cheng)的早(zao)期和晚期階段(duan)。

為應對這些限制，CN Bio開發了一(yi)種新系(xi)統：PhysioMimix 單器官高通量（HT）系(xi)統，該系(xi)統包括一(yi)個新的多(duo)芯片耗材板MPS-Liver culture48（LC-48），由一(yi)個SBS標準微孔(kong)板內(nei)的48個微型肝芯片組成(cheng)（圖2）。

圖2：MPS-LC12 & MPS-LC48

多年來，CN Bio及(ji)其客戶使用PhysioMimix MPS-LC12板開發(fa)了一些應用于藥物(wu)開發(fa)的(de)成(cheng)(cheng)熟模型，如藥物(wu)引起的(de)肝損傷（DILI）、非(fei)酒精性(xing)脂(zhi)肪性(xing)肝炎（NASH）、藥物(wu)代謝和藥代動力(li)學（DMPK）。LC12板的(de)穩健性(xing)已由(you)包括FDA藥物(wu)評(ping)估和研(yan)究中心(xin)（CDER）在(zai)內的(de)許多用戶評(ping)估，并(bing)支持(chi)成(cheng)(cheng)功的(de)監管提(ti)交[1-2]。

在(zai)(zai)這(zhe)一(yi)成(cheng)熟技術的(de)(de)基(ji)礎(chu)上，下一(yi)代HT系統相(xiang)比(bi)單(dan)器官(guan)標準版(ban)，還允許用戶將每個(ge)樣本(ben)的(de)(de)成(cheng)本(ben)降(jiang)低約八倍(bei)。通(tong)過更(geng)多的(de)(de)重(zhong)復(fu)(fu)實驗（n=3個(ge)或更(geng)多重(zhong)復(fu)(fu)實驗）、對板(ban)內對照的(de)(de)歸一(yi)化以(yi)及在(zai)(zai)一(yi)個(ge)板(ban)內運(yun)行7點劑量反應曲線（圖3），數據穩健性和可(ke)(ke)重(zhong)復(fu)(fu)性可(ke)(ke)以(yi)得到鞏固。

圖3：一(yi)個(ge)(ge)示(shi)例(li)板，說明(ming)如何在一(yi)個(ge)(ge)板上(shang)(shang)測試(shi)兩種化合物“P”和“T”，使用7個(ge)(ge)濃(nong)度和對(dui)照組。保持SBS標準格(ge)式并(bing)維持肝MPS功能的同時提高通(tong)量，每個(ge)(ge)板上(shang)(shang)有(you)48個(ge)(ge)芯片(pian)，每個(ge)(ge)三板對(dui)接站共(gong)有(you)144個(ge)(ge)芯片(pian)

此外，相比(bi)單(dan)器(qi)官標準(zhun)版，該(gai)系統的(de)(de)8倍擴展容量使得(de)更大規模的(de)(de)比(bi)較藥物(wu)反應(ying)研究成(cheng)為(wei)可能，從而促進微生理系統在藥物(wu)發現和開發的(de)(de)更多階(jie)段中的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)。本文(wen)調查了使用(yong)(yong)PhysioMimix  HT system和新的(de)(de)肝(gan)(gan)LC48板培(pei)養的(de)(de)微型(xing)(xing)肝(gan)(gan)組織與使用(yong)(yong)我(wo)們成(cheng)熟且經過驗證表征的(de)(de)肝(gan)(gan)LC12板培(pei)養的(de)(de)微型(xing)(xing)肝(gan)(gan)組織的(de)(de)重要性能特征。

方法(fa)

起初，數學和計(ji)算流(liu)體動(dong)力學模型(xing)（CFD）為設計(ji)提供了信息(xi)，包(bao)括流(liu)速、培養基(ji)中的(de)氧(yang)濃(nong)度以(yi)及(ji)耗材(cai)的(de)機械特性(xing)（圖4）。

圖4：計算流體動力學（CFD）示例-通(tong)過(guo)支架孔的液流

采用有限元(yuan)分析（FEA）等技術，以確保(bao)耗材中每(mei)個孔/芯片上(shang)的力(li)均(jun)勻，從而(er)將總體變異性降到更低（圖5）。

圖5：有限(xian)元分析（FEA）模擬-力分布

板設計(ji)的重點是通過避免孔(kong)/芯(xin)片的差異來(lai)確保(bao)重復性。這一點已經通過計(ji)量學和諸(zhu)如微型CT等(deng)技術得到了確認（圖6-7）。

圖6：LC-48耗材板與(yu)單個樣品孔(kong)

圖7：LC-48單個樣品孔的CAD切片（左）；Micro-CT切片（右）

下圖(tu)為藥物誘(you)導性肝損傷(shang)（DILI）實驗時(shi)間線：細胞被(bei)接種并培養七天，在(zai)第四天和第七天采集樣本。

結果(guo)

1、對板進(jin)行(xing)了系(xi)列工(gong)程測試以優化(hua)其功能并驗證設(she)計(ji)。設(she)計(ji)變異被最.小化(hua)，LC-48板上的流動(dong)變異系(xi)數（CVs）通常(chang)小于10%（圖8）。

圖8：比較了板中48個獨(du)立孔的流速(su)

2、LC-48板的(de)(de)(de)測試結(jie)果(guo)表明(ming)其能夠以與(yu)Liver-12板相(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)方式產(chan)生可存活(huo)且功能齊全(quan)的(de)(de)(de)微(wei)組織。相(xiang)(xiang)同(tong)供體組合的(de)(de)(de)肝(gan)細胞(bao)和庫普弗(fu)細胞(bao)被接種到每塊(kuai)板上并(bing)培養8天(tian)。兩塊(kuai)板的(de)(de)(de)孔內(nei)(nei)都形(xing)成了具有強(qiang)壯(zhuang)“甜甜圈(quan)”結(jie)構的(de)(de)(de)肝(gan)微(wei)組織，代表了肝(gan)竇結(jie)構。白(bai)(bai)蛋(dan)白(bai)(bai)和尿素的(de)(de)(de)質量控制（QC）指(zhi)標被分(fen)析作(zuo)為(wei)終點數(shu)據，結(jie)果(guo)顯(xian)示白(bai)(bai)蛋(dan)白(bai)(bai)隨(sui)時間(jian)增(zeng)加(jia)，而尿素在8天(tian)內(nei)(nei)保持穩定(ding)（圖(tu)9）。

圖9：A-支架孔內微組(zu)織的(de)明場和共聚焦圖像(xiang)；B-各板(ban)隨時間變化(hua)的(de)白(bai)蛋白(bai)和尿素(su)QC數據

3、為測試(shi)LC-48板在評(ping)估肝(gan)毒性方面的(de)(de)實用(yong)性，將(jiang)兩(liang)(liang)個(ge)(ge)不同的(de)(de)肝(gan)細胞供(gong)體(ti)接(jie)種到板上，并與相同的(de)(de)庫普弗細胞供(gong)體(ti)共培(pei)養(yang)8天。供(gong)體(ti)根據(ju)不同的(de)(de)特征/生活方式選擇(ze)。盡管變異(yi)系數CV相似，但(dan)在第(di)4天，兩(liang)(liang)個(ge)(ge)供(gong)體(ti)的(de)(de)質量控(kong)制指(zhi)標——白(bai)(bai)蛋(dan)白(bai)(bai)和(he)尿素，顯(xian)(xian)示出(chu)不同。在第(di)4天，組織被用(yong)3種濃度的(de)(de)氯丙(bing)嗪(qin)處理。只有(you)一個(ge)(ge)供(gong)體(ti)的(de)(de)白(bai)(bai)蛋(dan)白(bai)(bai)和(he)尿素水平(ping)隨時間減少，突顯(xian)(xian)了(le)供(gong)體(ti)敏感性的(de)(de)差異(yi)。顯(xian)(xian)微鏡圖(tu)像(xiang)顯(xian)(xian)示了(le)劑量反(fan)應（圖(tu)10）。

圖(tu)10：A-第4天(tian)的(de)質量控制指標；B-處理后的(de)白(bai)蛋白(bai)和尿素，C-明場圖(tu)像(xiang)

討論

在此，我(wo)們展示了(le)CN Bio的(de)(de)(de)新型PhysioMimix單(dan)器官高通量系統(tong)及其(qi)新型多(duo)(duo)芯片LC-48板(ban)生(sheng)成(cheng)功(gong)能(neng)性和一致性3D肝組(zu)織的(de)(de)(de)能(neng)力，這與使(shi)用CN Bio的(de)(de)(de)旗艦產(chan)品LC-12板(ban)生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)組(zu)織相一致。這為(wei)用戶使(shi)用該(gai)系統(tong)進行DILI、DMPK、NASH研(yan)究及更(geng)多(duo)(duo)研(yan)究鋪平了(le)道路。

與LC-12板(ban)相(xiang)比，LC-48板(ban)的(de)(de)通量增加了(le)(le)四(si)倍。這一(yi)額外容量使(shi)得(de)條件可(ke)以(yi)三次重(zhong)復運行(xing)、板(ban)內對照用(yong)于數據標準化以(yi)及完整的(de)(de)七點劑量反(fan)應曲(qu)線，所有這些都是(shi)進行(xing)可(ke)靠(kao)且(qie)可(ke)重(zhong)復的(de)(de)比較藥物篩(shai)選所必需(xu)的(de)(de)。此外，LC-48板(ban)的(de)(de)微型(xing)化格式降低了(le)(le)每個樣本的(de)(de)成本，緩解了(le)(le)采納的(de)(de)顧慮(lv)。

通過增加PhysioMimix OOC的(de)容量，用戶現在(zai)(zai)能夠進行更(geng)(geng)大規模的(de)比(bi)較研究，并比(bi)以往更(geng)(geng)早、更(geng)(geng)具(ju)成本效(xiao)益地在(zai)(zai)藥物(wu)發現工作流程中享(xiang)受預測性人類(lei)肝臟模型的(de)優勢。

參考(kao)文(wen)獻 

[1] Rubiano, Andrés, et al. (2021) "Clinical and translational science 14.3: 1049-1061.

[2] //cn-bio.com/physiomimix-data-supports-inipharms-ini-822-for-metabolic_x0002_liver-disease-treatment/

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