2023年3月3日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Regeneration在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所丁秋蓉研究組的研究文章“Modeling drug-induced liver injury and screening for anti-hepatofibrotic compounds using human PSC-derived organoids”。該研究開(kāi)發(fā)了衍生自人類多能干細(xì)胞（hPSCs）的人肝臟器官（HLOs）在藥物安全性評(píng)估和抗纖維化藥物高通量篩選方面的應(yīng)用。
新藥研發(fā)的高失敗率眾所周知。據(jù)國(guó)際藥物研發(fā)中心（CMR）發(fā)布的《2020年CMR藥物研發(fā)評(píng)估報(bào)告》顯示：2010年至2020年間，從I期臨床實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的藥物研發(fā)項(xiàng)目上市成功率低于10%。研發(fā)失敗的主要原因是缺乏足夠的療效或安全性，占臨床II期失敗項(xiàng)目的73%，及臨床III期失敗項(xiàng)目的69%。由于動(dòng)物和人的種屬間差異，依賴動(dòng)物實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)藥物的臨床療效、毒性及藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)（PK）等，不可避免的造成預(yù)測(cè)的偏差，最終導(dǎo)致大量藥物開(kāi)發(fā)失利。開(kāi)發(fā)能夠準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)候選藥物對(duì)人體肝組織毒性和療效的體外肝臟細(xì)胞模型迫在眉睫。衍生自人類多能干細(xì)胞（hPSCs）的人肝臟器官（HLOs）提供了一個(gè)可行的解決方案。
在該工作中，通過(guò)誘導(dǎo)人多能干細(xì)胞定向分化，獲得了具備多種肝臟細(xì)胞類型的體外肝臟類器官模型（HLOs）。該HLOs中包含了肝臟中的多種細(xì)胞譜系，如肝細(xì)胞、膽管細(xì)胞、星狀細(xì)胞和Kupffer細(xì)胞等，可用于模擬多種類型的藥物性肝損傷（DILI）和一些復(fù)雜肝病如膽汁淤積、非酒精性脂肪肝等。通過(guò)應(yīng)用對(duì)乙酰氨基酚、氟尿苷、甲氨蝶呤和TAK-875等工具化合物處理HLOs，研究人員檢測(cè)到包括肝細(xì)胞損傷、脂肪變性、纖維化和Kupffer細(xì)胞介導(dǎo)的特異性DILI等不同類型的DILI表型，并且發(fā)現(xiàn)HLOs反映的藥物性肝損傷與臨床的數(shù)據(jù)間有良好的一致性。
在此基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一套高內(nèi)涵分析系統(tǒng)，使用TGFβ誘導(dǎo)的HLOs纖維化模型進(jìn)行高通量的抗纖維化藥物篩選。采用Collagen I免疫熒光染色反映纖維化程度，每孔樣品提取16個(gè)高內(nèi)涵特征讀數(shù)進(jìn)行tSNE分析。分析結(jié)果用于療效評(píng)估。選擇了60個(gè)化合物進(jìn)行測(cè)試，其中10個(gè)化合物在篩選中顯示出潛在的抗纖維化功效。進(jìn)一步驗(yàn)證了被篩選出的化合物中的4個(gè)化合物，其中2個(gè)化合物SD208和Imatinib顯示出明顯的抗纖維化效果。為了提高評(píng)估系統(tǒng)的敏感性和穩(wěn)定性，研究人員同時(shí)建立了不同處理方法誘導(dǎo)的HLOs纖維化模型，模擬由不同病因誘發(fā)的肝纖維化以確認(rèn)藥物功效。最終，研究人員發(fā)現(xiàn)SD208可以顯著減少TGFβ、MTX或LPS處理誘發(fā)的肝纖維化。研究成果證實(shí)了該系統(tǒng)可開(kāi)發(fā)為一個(gè)簡(jiǎn)單、方便、高效的抗纖維化藥物篩選平臺(tái)。
綜上所述，研究人員開(kāi)發(fā)了hPSC衍生的HLOs在藥物安全性評(píng)估和抗纖維化藥物高通量篩選方面的應(yīng)用。未來(lái)的工作將圍繞上述人源肝細(xì)胞模型的細(xì)致功能刻畫(huà)和藥物篩選體系的進(jìn)一步優(yōu)化展開(kāi)，結(jié)合HLO肝纖維化模型和人源化小鼠模型進(jìn)一步探討抗纖維化藥物的詳細(xì)機(jī)制，以期為解決臨床前藥物肝毒性和有效性不能被充分評(píng)估等迫在眉睫的問(wèn)題提供更多的啟示。
中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所博士生吳曉珊為該論文第一作者，丁秋蓉研究員為該論文通訊作者，李爽博士為該論文共同通訊作者。中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所博士生蔣大程也參與了這項(xiàng)研究工作。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、中國(guó)博士后科學(xué)基金和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助，以及中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所公共技術(shù)平臺(tái)的支持。
圖：人iPSC衍生的肝類器官應(yīng)用于藥物肝毒性評(píng)估及抗肝纖維化藥物的篩選
文章鏈接：https://cellregeneration.springeropen.com/articles/10.1186/s13619-022-00148-1
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