临床&研发利器——一篇带你看肝类器官应用广州精科医学检验所有限公司

引文

类器官是利用干细胞或患者组织在3D培养条件下形成的多细胞立体结构，在结构以及功能上高度模拟人体器官和病变组织（如癌症），能够形成器官类似的空间结构并且分化出对应功能，具备增殖分化、自我组装、长期培养、遗传稳定等特点。类器官作为体外模型，在疾病发生机理、新靶点发现、诊疗新策略探索、药敏检测、新药研发、再生医学等多方向拥有广泛的应用前景。其中肝类器官已被应用于药物疗效毒性以及辅助患者建立个体化治疗方案等。

本文，小编将带大家一起了解不同细胞来源的肝类器官以及他们各自的优势和局限，进一步了解肝类器官在肝脏疾病建模和药物验证与毒性评估中的应用。

一

肝组织3D培养

肝类器官、球状体、肝芽

常见的肝组织3D培养包括肝细胞球状体、肝类器官和肝芽。

肝类器官细胞来源

用于疾病建模的肝类器官细胞来源主要有干细胞、细胞系和原代细胞。

① 干细胞衍生的类器官

最新的干细胞衍生的肝类器官来源于四种类型的干细胞：肝祖细胞、人类胚胎干细胞（ESC）、LGR5+成体干细胞、诱导多能干细胞（iPSC）。其中iPSC细胞衍生的肝类器官由于可以很容易地为患者特定疾病进行建模而被更加广泛地开发。

② 肝癌细胞系衍生类器官

肿瘤细胞系衍生的类器官具有显著的成本效益，易于培养。肝癌细胞系衍生的类器官已被应用与模拟原发性肝癌和结肠癌肝转移。人肝细胞癌细胞系Huh7已被用于生成肝癌类器官，用以模拟原发性肝癌。另一种人肝细胞癌细胞系HepG2衍生类器官与人结肠癌细胞系HCT116共培养，已被用于模拟结肠癌肝转移。此外HepaRG细胞与肝星状细胞（HSC）共同培养，以开发体外肝纤维化模型的类器官。但是肝癌细胞系衍生的类器官由于其携带一定的基因突变等原因与原始肝细胞存在表型不同，它们可能缺乏肝脏生理学和病理学所必需的特定蛋白质或受体的表达。

③ 原代细胞衍生类器官

在疾病建模和药物筛选中，体外培养的原代肝细胞类器官和体内肝脏最为相似。由于不需要广泛的重编程和分化，因此它们对于快速和高通量的药理学研究更为方便和经济，与iPSC细胞和肿瘤细胞系衍生的类器官相比，原代细胞衍生的类器官基因中的碱基置换比iPSC少10倍，他们保留了患者特异性疾病模式（如组织学中的假腺体）和肿瘤标志物（如甲胎蛋白）的表达谱，能够更好的代表供体组织，成为患者特异性和疾病特异性研究的理想选择。目前已被应用于体外研究代谢紊乱，如：模拟高血糖对肝脏的影响。

二

肝类器官的应用

疾病机制研究

如上文介绍，利用干细胞、细胞系和原代细胞，研究者们已经成功构建了多种肝脏疾病模型。肝类器官作为优秀的体外3D培养模型现已广泛被应用于疾病机制研究，如：免疫疗法新靶点开发，癌症机制研究等。

不同细胞来源肝类器官用于开发疾病建模

肝类器官、球状体、肝芽

肝类器官已用于良性和恶性肝病的药物开发中，并在开发药物的体外验证和测试中显示出了高效性和准确性。为观察降血糖药物疗效，有研究者利用原代人干细胞衍生的类器官模拟高血糖对肝脏的影响，并成功在类器官中观察到线粒体膜电位改变和功能障碍、脂质累积、活性氧种类增加和其他高血糖诱导的致病反应。虽然2D细胞培养也可以用于药物筛选，但由于糖异生作用受损，会在测量细胞内糖原和葡萄糖含量时存在困难。而3D培养类器官则可以克服这些困难，从而助力筛选降血糖药物。

使用肝类器官进行药物验证和试验

药物肝毒性预测

DILI（药物性肝病）是临床常见的肝脏疾病之一，简称药肝。药物性肝损伤可以分为可预测性和不可预测性，而大多数药物性肝损伤都属于不可预测性。这类药物肝损伤与剂量无关，不可预测且具有潜伏期，诊断较为困难。而类器官因为其与亲代组织高度的一致性，可以较好地对药物毒性反映出来，已被证实是较有潜力的药物肝毒性研究模型。

使用肝类器官评估肝毒性

精科亮点

精科医学作为国内类器官技术转化先行者，对于肝癌类器官的相关研究与临床应用更是走在行业前列，我们在肝癌类器官培养上积累了丰富的经验，目前已完成千余例样本的建模与建库，所培养的肝癌类器官库样本类型全面。其中基于穿刺活检组织的微量建模培养成功率极高，同时可以实现穿刺标本的“一样两检”（类器官药敏＋NGS）。精科拥有自主研发的肝癌类器官培养技术，能够有效地延长样本保护期，扩大地域覆盖面。此外我们还和多家医院和科研机构开展科研与临床合作。目前我们已经在类器官建模方法、类器官鉴定、药物敏感性检测方法、类器官共培养等多个重要技术上实现突破，并已建立相关的实验室标准。