發布時間：2022/10/21 點擊數：369 肝臟負(fu)責(ze)代謝大多(duo)(duo)數藥(yao)物(wu)，因(yin)此是(shi)受藥(yao)物(wu)不(bu)良反(fan)應影(ying)響的(de)(de)(de)(de)主要組織之一。藥(yao)物(wu)性肝損傷(shang)（DILI,drug induced liver injury）是(shi)幾乎所有(you)種(zhong)類(lei)藥(yao)物(wu)的(de)(de)(de)(de)潛在(zai)(zai)(zai)并(bing)發(fa)癥。不(bu)幸的(de)(de)(de)(de)是(shi)，DILI在(zai)(zai)(zai)臨床(chuang)前藥(yao)物(wu)開發(fa)過(guo)程中未(wei)被(bei)(bei)發(fa)現，或在(zai)(zai)(zai)臨床(chuang)首次(ci)被(bei)(bei)發(fa)現后暫停試(shi)驗(yan)，等待進一步研(yan)究調查的(de)(de)(de)(de)情(qing)況并(bing)不(bu)罕見。在(zai)(zai)(zai)許(xu)多(duo)(duo)情(qing)況下，沒有(you)什(shen)么(me)可擔(dan)心的(de)(de)(de)(de)，因(yin)為通常停止(zhi)用藥(yao)會停止(zhi)DILI反(fan)應。然而(er)，有(you)點(dian)令人(ren)不(bu)安的(de)(de)(de)(de)是(shi)，已知至少有(you)750種(zhong)FDA批(pi)準的(de)(de)(de)(de)藥(yao)物(wu)具有(you)一定程度的(de)(de)(de)(de)DILI風險(xian)[Thakkar et al., 2017]，而(er)且太多(duo)(duo)潛在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)新藥(yao)由于過(guo)度的(de)(de)(de)(de)DILI風險(xian)而(er)未(wei)獲得批(pi)準。
為了降(jiang)低藥物的自然損(sun)耗(hao)率(lv)，需要在(zai)臨床前研發(fa)管線中盡早確定潛在(zai)的人體DILI反應。這樣可對有(you)希望的藥物的毒性問題通過(guo)“設計排(pai)除(chu)”。為了有(you)效(xiao)地(di)降(jiang)低這一過(guo)程的風險，必須(xu)應對一些(xie)挑戰(zhan)，包括：
動物DILI研究及其與人(ren)類的有(you)限相關性(xing)
動物模(mo)型(xing)曾(ceng)錯誤地將有(you)毒藥(yao)(yao)物識別為安全藥(yao)(yao)物，并(bing)將有(you)用藥(yao)(yao)物標記為有(you)毒藥(yao)(yao)物(Van Norman, 2019)
對于新的人類特(te)異性(xing)藥物形(xing)式，動物生(sheng)理學不適用
需(xu)要改進標準體(ti)外試驗模(mo)型(xing)的復(fu)雜性，使其以更準確地代表(biao)人體(ti)的方(fang)式表(biao)現和(he)響應藥物
歷(li)史上，使(shi)用傳(chuan)統方(fang)法篩選由預先存在的(de)肝病(bing)或遺傳(chuan)易感性(xing)(xing)引起的(de)特異性(xing)(xing)反應一直(zhi)具有挑(tiao)戰性(xing)(xing)。
動(dong)物(wu)模型(xing)(xing)的不一致性(xing)，再加(jia)上2D肝(gan)(gan)臟(zang)培養的有限簡單性(xing)，導致迫切需(xu)要更(geng)(geng)具(ju)預測性(xing)的臨床前體外(wai)(wai)工(gong)具(ju)來研(yan)究DILI。最近(jin)的焦點(dian)集(ji)中在3D細胞培養平臺上。這(zhe)種方法(fa)產生了復雜和功能(neng)性(xing)的人體體外(wai)(wai)肝(gan)(gan)臟(zang)模型(xing)(xing)，有可能(neng)克服這(zhe)些挑(tiao)戰，并在將藥物(wu)從開發到上市(shi)時指導更(geng)(geng)明智的決(jue)策 [Weaver et al, 2020]。
Fig 1: DILI是一種多因素(su)的發病機制
體外DILI測試工作流程
每一(yi)種潛在藥(yao)物在早期發(fa)現時都(dou)會經過一(yi)系列(lie)測試(shi)，從簡單的高通量批(pi)量篩選細胞活力(li)開始(shi)，這(zhe)就(jiu)提出了一(yi)個問題：該藥(yao)物是否會殺(sha)死(si)2D中生長的肝細胞？隨(sui)著(zhu)臨(lin)床(chuang)前(qian)階段的發(fa)展，需要測試(shi)的藥(yao)物和(he)濃(nong)度要少(shao)得(de)多，這(zhe)種減少(shao)便于使用較低通量、更復雜的3D組織模型。通過采用這(zhe)些方(fang)法，研(yan)究人員可以在進入臨(lin)床(chuang)之前(qian)更準(zhun)確(que)地預測體(ti)內DILI的風險。
肝(gan)臟是一個3D組織，因此，3D肝(gan)細胞(bao)模型(xing)，如(ru)細胞(bao)球(qiu)體，與2D相(xiang)比顯(xian)示出更好的(de)(de)(de)結果(guo)。在這(zhe)里，細胞(bao)形(xing)成生理相(xiang)關的(de)(de)(de)細胞(bao)相(xiang)互作(zuo)用，最終產生更多類似體內(nei)的(de)(de)(de)形(xing)態、代謝活性(xing)和延長培(pei)養的(de)(de)(de)時間(jian)。就DILI的(de)(de)(de)檢測而言，2D批次(ci)篩選通(tong)常(chang)會檢測到約三(san)分之一對肝(gan)臟有(you)(you)不良影響(xiang)的(de)(de)(de)藥(yao)物，然而，InSphero和阿(a)斯利康之間(jian)的(de)(de)(de)一項合作(zuo)研究，使用3D原代人(ren)肝(gan)細胞(bao)和非(fei)實質細胞(bao)球(qiu)體，通(tong)過鑒定出高(gao)達60%的(de)(de)(de)DILI陽性(xing)化(hua)合物，改進了(le)(le)這(zhe)一點(Procter et al., 2017)。但40%的(de)(de)(de)藥(yao)物仍未(wei)被檢測到，因此，除了(le)(le)3D技術外，還有(you)(you)什(shen)么樣的(de)(de)(de)進步可以(yi)幫助識(shi)別所有(you)(you)具有(you)(you)DILI風險的(de)(de)(de)藥(yao)物？
雖(sui)然一些球(qiu)體方法可(ke)產(chan)生肝(gan)(gan)(gan)(gan)細胞極(ji)化(hua)，但這(zhe)(zhe)些模型(xing)通常無法達到肝(gan)(gan)(gan)(gan)臟中的(de)(de)組織水平結構。此(ci)外(wai)，肝(gan)(gan)(gan)(gan)細胞具有(you)(you)(you)(you)異常的(de)(de)代(dai)謝能(neng)力，需要充足的(de)(de)氧氣(qi)輸(shu)送，這(zhe)(zhe)對球(qiu)體培養(yang)物(wu)(wu)(wu)提出了(le)挑(tiao)戰，因為球(qiu)體培養(yang)物(wu)(wu)(wu)在營養(yang)擴(kuo)散(san)方面受到了(le)眾所周(zhou)知(zhi)的(de)(de)限制。在不重塑肝(gan)(gan)(gan)(gan)臟的(de)(de)高度有(you)(you)(you)(you)序組裝的(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下，具有(you)(you)(you)(you)微妙或非(fei)常特殊(shu)作(zuo)用的(de)(de)毒性(xing)藥物(wu)(wu)(wu)可(ke)能(neng)會在不知(zhi)情(qing)的(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下通過(guo)測試(shi)。與此(ci)同時，細胞培養(yang)模型(xing)之(zhi)外(wai)的(de)(de)變量也會影(ying)響DILI。其他器官和(he)組織可(ke)以(yi)調(diao)節(jie)肝(gan)(gan)(gan)(gan)細胞如(ru)何代(dai)謝藥物(wu)(wu)(wu)。例如(ru)，腸道吸收(shou)藥物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)動力學可(ke)以(yi)影(ying)響肝(gan)(gan)(gan)(gan)臟中代(dai)謝物(wu)(wu)(wu)驅動的(de)(de)毒性(xing)。同樣，疾病(bing)病(bing)理生理學（例如(ru)非(fei)酒精性(xing)脂肪肝(gan)(gan)(gan)(gan)疾病(bing)（NAFLD））也可(ke)以(yi)改(gai)變肝(gan)(gan)(gan)(gan)臟對藥物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)反應(ying)，可(ke)能(neng)會加劇小劑量的(de)(de)損傷。能(neng)夠將這(zhe)(zhe)些復合因素納入臨(lin)床前工具包將大大有(you)(you)(you)(you)助于確保只有(you)(you)(you)(you)肝(gan)(gan)(gan)(gan)損傷風險較低的(de)(de)藥物(wu)(wu)(wu)進入臨(lin)床試(shi)驗。
通過“液流”獲取更多相關信息
上述限制(zhi)可(ke)以(yi)(yi)通過將(jiang)灌注結合(he)到(dao)3D培(pei)養中(zhong)來解(jie)決(jue)。通過在連續(xu)灌注的(de)(de)3D支(zhi)架上生長(chang)與(yu)生理學相(xiang)關的(de)(de)原(yuan)代(dai)肝(gan)細(xi)胞(bao)組(zu)合(he)（包(bao)括那些(xie)(xie)具(ju)有基因變異的(de)(de)患(huan)者，這些(xie)(xie)變異會使患(huan)者患(huan)病），可(ke)以(yi)(yi)盡可(ke)能(neng)復制(zhi)肝(gan)組(zu)織的(de)(de)微(wei)結構。隨著流體持續(xu)循環(huan)以(yi)(yi)提供機械刺激、持續(xu)的(de)(de)氧輸(shu)送和極化，這些(xie)(xie)微(wei)環(huan)境中(zhong)的(de)(de)肝(gan)細(xi)胞(bao)可(ke)以(yi)(yi)維持高度(du)功能(neng)化長(chang)達(da)4周(zhou)。
Fig 2: 肝(gan)臟芯片(pian)模型重建了(le)肝(gan)臟微體系結(jie)構，并可(ke)以概括代謝(xie)性疾(ji)病（如NASH）的表型
除(chu)了擴展(zhan)體外慢(man)性給藥研究的(de)領(ling)域外，這些(xie)灌注器官(guan)芯片模型(xing)（OOC，Organ-On-Chip）通過(guo)將循環免疫(yi)細胞納(na)入系(xi)統，提供了更大的(de)靈活性，以揭(jie)示免疫(yi)相關的(de)毒性問題(ti)。還可(ke)能誘導常見的(de)肝(gan)臟疾病模型(xing)（如NAFLD和非酒(jiu)精性脂肪(fang)性肝(gan)炎(yan)（NASH））以解密潛在的(de)發病敏感性。
為了(le)說明化合物(wu)毒性的(de)(de)多器官效應，液流使單個OOC能(neng)夠連接在一(yi)起，形成多器官系(xi)統(tong)。這些系(xi)統(tong)可以模擬基本過程(cheng)，如(ru)藥物(wu)吸收(shou)和代謝(xie)，并(bing)能(neng)夠理解器官之(zhi)間的(de)(de)相互作用，如(ru)代謝(xie)物(wu)驅(qu)動的(de)(de)毒性、多器官毒性或炎癥，這些在使用常規實驗方法檢測(ce)時可能(neng)不那么明顯。雖然其通量可能(neng)較低，但OOC使研究人員能(neng)夠超(chao)越簡單地識(shi)別急性/慢(man)性肝毒性的(de)(de)存在，或將體外結果(guo)轉化為臨床(chuang)環境；它們使我們能(neng)夠調查(cha)其中(zhong)的(de)(de)原因。
使用多個實驗終點回答更多問題
雖然在(zai)藥物(wu)發現過(guo)程中，較簡單的(de)(de)(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)比以(yi)往任何時候都能成功地標記肝毒性信(xin)號的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)或不存(cun)在(zai)，但通過(guo)使(shi)用(yong)更(geng)復(fu)雜的(de)(de)(de)灌(guan)注OOC系(xi)(xi)(xi)統(tong)來提供詳(xiang)細數據信(xin)息，這些系(xi)(xi)(xi)統(tong)得到了完美的(de)(de)(de)補充。實現數據豐富(fu)性和(he)(he)高檢測(ce)(ce)(ce)靈(ling)敏度需要(yao)一(yi)定量的(de)(de)(de)體量。需要(yao)50萬個由大(da)量培養基（范(fan)圍在(zai)1-2 mL之間）灌(guan)注的(de)(de)(de)原代細胞產生足夠的(de)(de)(de)馬(ma)力以(yi)復(fu)制第1和(he)(he)第2階段代謝（特別(bie)重要(yao)，因為標準動物(wu)和(he)(he)體外模型被(bei)證明對DILI預(yu)測(ce)(ce)(ce)不佳的(de)(de)(de)因素(su)之一(yi)，是(shi)因為它們(men)的(de)(de)(de)非人代謝譜），并增加(jia)測(ce)(ce)(ce)定靈(ling)敏度，從而可以(yi)檢測(ce)(ce)(ce)肝功能的(de)(de)(de)復(fu)雜臨床化(hua)學(xue)指標，例如ALT/AST。
但這是值得投(tou)資的，因為(wei)科學家現在可(ke)以利用更(geng)簡單的2D或3D系(xi)統(tong)，甚至是使用“芯片”技術在微尺度上操作的灌注微生(sheng)(sheng)理系(xi)統(tong)（MPS，microphysiological system），在體外(wai)發現以前不(bu)可(ke)能的獨特(te)認(ren)知(zhi)。縱(zong)向研究中隨(sui)時(shi)間采集的樣本提供了生(sheng)(sheng)物化(hua)學評估機會(hui)，隨(sui)著時(shi)間的推移形成了一(yi)幅實驗(yan)數(shu)據圖(tu)譜。實驗(yan)結束時(shi)回收的相對大量的組(zu)織可(ke)以在其他蛋(dan)白質(zhi)組(zu)學或基因組(zu)學研究中進行分析，以查看基因的上調和下調，從而提供更(geng)完整的毒理學概況。
這(zhe)種多重化的能力使(shi)研(yan)究人(ren)員能夠超越簡單地識別(bie)急性或慢性肝毒性的存(cun)在，或者將使(shi)用實驗室培養的器官在體外獲得的結(jie)果轉化為臨床(chuang)環境，但它(ta)使(shi)我們能夠研(yan)究原因背后(hou)的機制(Novac et al., 2021)。
了解原因有(you)助于(yu)解決(jue)問題
了(le)解任(ren)何特定毒性問(wen)題背(bei)后的機(ji)制(zhi)是非常寶貴的。這些信息使團隊有(you)機(ji)會(hui)重(zhong)新(xin)設(she)計，有(you)可能將項目從失(shi)敗中拯(zheng)救出來(lai)。通過(guo)機(ji)理指紋圖譜或毒性曲線(xian)來(lai)指導重(zhong)新(xin)設(she)計，這一(yi)迭代過(guo)程(cheng)大大提高(gao)了(le)效率。
同樣，生(sheng)物(wu)(wu)(wu)學認(ren)知可(ke)以幫助研究人(ren)員(yuan)確定(ding)哪(na)些(xie)數據最相關。臨(lin)床前動(dong)物(wu)(wu)(wu)試(shi)驗中不時出現與人(ren)體試(shi)驗或其他體內動(dong)物(wu)(wu)(wu)物(wu)(wu)(wu)種相矛(mao)盾的(de)(de)肝臟毒理(li)學信號。在第(di)一(yi)次人(ren)體內研究之(zhi)前生(sheng)成可(ke)比性的(de)(de)人(ren)體數據提供了一(yi)定(ding)的(de)(de)信心，以確保(bao)信號可(ke)能是(shi)受(shou)試(shi)動(dong)物(wu)(wu)(wu)物(wu)(wu)(wu)種的(de)(de)功能，而不是(shi)化合物(wu)(wu)(wu)本身(shen)引起的(de)(de)。這(zhe)種認(ren)知可(ke)以防止項目不必要地終止。誰知道有多少(shao)潛(qian)在的(de)(de)重量級藥物(wu)(wu)(wu)被阻止發揮其潛(qian)力？加(jia)州大學圣地亞哥分校（UCSD）以一(yi)個簡短的(de)(de)客戶網絡研討會強調了這(zhe)一(yi)點。
獲得超越小分子的毒理學見解
傳統的(de)(de)(de)(de)毒理學工作(zuo)往往側重(zhong)于小分子化合物(wu)(wu)，然(ran)而，新的(de)(de)(de)(de)人類特(te)異性藥(yao)物(wu)(wu)形式（如(ru)生物(wu)(wu)制劑、脂質納米(mi)粒包裹(guo)的(de)(de)(de)(de)產(chan)品或基于寡(gua)核苷酸/RNA的(de)(de)(de)(de)治(zhi)療(liao)）已成為(wei)發(fa)(fa)現和開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)前沿。雖(sui)然(ran)這些新產(chan)品不太容(rong)易發(fa)(fa)生DILI，但仍(reng)有可能誘發(fa)(fa)肝(gan)損傷。Astellas Audentes的(de)(de)(de)(de)肌管(guan)性肌病基因治(zhi)療(liao)試驗就是一(yi)個可怕的(de)(de)(de)(de)例子。雖(sui)然(ran)該療(liao)法取得了令人鼓舞的(de)(de)(de)(de)結果(guo)，但4名肝(gan)衰竭患(huan)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)死(si)亡無疑使(shi)其未來受到(dao)質疑。在這種情況(kuang)下，OOC特(te)別有利于測試安全(quan)性，因為(wei)它消除了導致動物(wu)(wu)模型(xing)不適(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)遺傳、代謝和/或免疫反應的(de)(de)(de)(de)障礙(ai)，同時也解決(jue)了體外平臺缺乏(fa)生理液流(liu)和結構的(de)(de)(de)(de)問(wen)題。事實上，OOC對藥(yao)物(wu)(wu)類型(xing)“不可知”，并確保(bao)組(zu)織相(xiang)關部位(wei)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關受體吸收(shou)相(xiang)關分子。
Fig 3: 器官芯(xin)片模擬器官表型，使科學家能夠重現與人體相(xiang)(xiang)關的藥物劑量和相(xiang)(xiang)關毒性
方(fang)法范(fan)圍(wei)
OOC提(ti)供了以(yi)前不可能的(de)深刻毒理(li)學(xue)(xue)認知。關于OOC有效(xiao)性的(de)既定共識，加上(shang)強(qiang)烈(lie)的(de)監管(guan)興(xing)趣（keen regulatory interest）和減少動物使用的(de)政治壓力（political pressure to reduce animal usage ），正在(zai)推動對這一(yi)技術(shu)的(de)采用。在(zai)藥物發(fa)現過程(cheng)中嵌入OOC技術(shu)，以(yi)盡早發(fa)現安全毒理(li)學(xue)(xue)問題無疑將降低風險并提(ti)高效(xiao)率。制藥和生物技術(shu)公司(si)正在(zai)追逐OOC技術(shu)；大型(xing)公司(si)可能會發(fa)現，在(zai)內部(bu)建立(li)實驗(yan)流程(cheng)是(shi)最(zui)佳途徑，而對于小型(xing)或(huo)虛擬生物技術(shu)公司(si)而言(yan)，專家的(de)全方位實驗(yan)服務可能提(ti)供更實用的(de)方法。同樣重要(yao)的(de)是(shi)要(yao)注意，雖然不同的(de)OOC系(xi)統(tong)在(zai)某些方面是(shi)相似的(de)，但(dan)在(zai)其他方面卻可能截然不同。因此，為項目選擇正確(que)的(de)OOC系(xi)統(tong)是(shi)很重要(yao)的(de)。如上(shang)所述，對于DILI研(yan)究而言(yan)，選擇一(yi)種系(xi)統(tong)至關重要(yao)：
1）易于操作
2）產生(sheng)大量用于取(qu)樣的生(sheng)物材料
3）結合(he)生理相關液流(liu)系統
在CN Bio，我們提供一(yi)系列(lie)OOC選項，從內部采用(yong)(yong)設備自行研究（PhysioMimix OOC 系列(lie)微生理系統）到完(wan)整(zheng)的(de)藥(yao)物代謝和安(an)全性毒(du)性測(ce)試(shi)服務（Drug Metabolism and Safety Toxicity Testing Service）。后一(yi)種選項有(you)助于為希望外包的(de)人更詳細地確定藥(yao)物誘導肝毒(du)性的(de)機制方面。我們的(de)系統采用(yong)(yong)大多(duo)數細胞培(pei)養科學家所熟悉(xi)的(de)開放式微孔(kong)板(ban)，能夠產(chan)生大量(liang)(liang)樣(yang)本(ben)（細胞數量(liang)(liang)和培(pei)養基(ji)），同時保(bao)持(chi)連續液流以產(chan)生生理相關(guan)結果。
聯系(xi)(xi)我們索(suo)取點播(bo)研討會（on-demand webinar） ，討論如何使用(yong)人(ren)體(ti)肝(gan)臟芯片(pian)（也稱(cheng)為肝(gan)臟微(wei)生理(li)系(xi)(xi)統）來了解藥物(wu)誘導肝(gan)損傷（DILI）的因果關系(xi)(xi)和(he)機制。MPS使用(yong)一組廣泛的輕度至(zhi)重(zhong)度肝(gan)毒(du)性化合(he)物(wu)，預測了以(yi)前未在體(ti)外實(shi)驗中鑒定得出的藥物(wu)毒(du)性。
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