利用3D诱导多能干细胞（iPSC）衍生的人类肝细胞改善肝脏代谢功能

《Cell Biology and Toxicology》：Improving hepatic metabolic function with 3D iPSC-derived human hepatocytes

摘要

人类诱导多能干细胞（iPSCs）在药物发现和临床应用方面具有巨大潜力，尤其是在个性化医疗领域。合成生物相容性材料提高了体外实验的可重复性和效率，并实现了三维（3D）细胞培养。已知3D球状细胞和类器官能够促进肝脏成熟并改善整体肝功能。在本研究中，使用合成多肽水凝胶支架从人类iPSCs分化出了3D肝细胞样细胞（3D HLCs）。通过LC–MS半靶向代谢组学方法评估了这些细胞的代谢能力，包括药物生物转化和线粒体功能，从而获得了超出单纯标记物表达水平的功能特征。与传统单层（2D）培养相比，3D HLCs表现出更成熟的肝脏表型。它们在分化第30天就具备了代谢外源性物质的能力，而2D HLCs则需要到第40天才能具备这一能力。此外，3D HLCs的CYP3A4活性（>20倍）和CYP2D6活性（2–11倍）均有所增强，线粒体功能也得到提升，尤其是β-氧化能力更强。研究人员还评估了八种药物诱导的肝损伤（DILI）化合物——胺碘酮、硫唑嘌呤、环孢素A、双氯芬酸、奈法唑酮、奥美拉唑、罗格列酮和曲格列酮——对2D和3D HLCs的细胞毒性影响，并将其与2D原代人肝细胞（2D PHHs）进行了比较。药物暴露导致的3D HLCs细胞存活率下降更为明显，这一结果与2D PHHs中的观察结果更为一致。总体而言，本研究证明了3D HLCs在代谢和毒理学研究中的适用性，其在个性化药物测试和疾病建模方面具有潜在价值。