基于微流控和3D打印技術(shù)構(gòu)建的“節(jié)律同步”肝類器官

生物鐘可以協(xié)調(diào)人類生化、生理和行為功能的日常節(jié)律。時(shí)間療法涉及在晝夜節(jié)律的適當(dāng)階段進(jìn)行藥物遞送，以達(dá)到最佳療效或最小毒性。作為一種新興工具，基于類器官的晝夜節(jié)律研究開(kāi)始興起。

近日，來(lái)自清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院的研究人員采用微流控技術(shù)和3D打印技術(shù)構(gòu)建了一種名為“Chronotoxici-plate”的創(chuàng)新型系統(tǒng)：一個(gè)96孔板，上面裝滿了節(jié)律同步的液滴工程化原代肝臟器官組織（DPLO）。該系統(tǒng)可在4天內(nèi)完成DPLO的建立。此外，研究人員采用隱花色素1（Cry1）作為DPLO中的節(jié)律標(biāo)記，并在一周內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)奧沙利鉑的時(shí)間療法毒性評(píng)估。相關(guān)工作以“Chronotoxici-Plate Containing Droplet-Engineered Rhythmic Liver Organoids for Drug Toxicity Evaluation”為題發(fā)表于國(guó)際知名期刊Advanced Science。

圖1 Chronotoxici-plate構(gòu)建過(guò)程示意圖

為了為晝夜節(jié)律研究和藥物安全性評(píng)估提供快速有效的工具，研究人員使用從健康小鼠肝臟中分離的原代細(xì)胞在體外重建肝膽微組織以配制DPLO并單獨(dú)生物打印到96孔板中。此外，研究人員在第4天使用血清休克（SS）處理來(lái)同步類器官的細(xì)胞階段。

圖2 在Chronotoxici-plate內(nèi)培養(yǎng)DPLO

圖3 Chronotoxici-plate中細(xì)胞節(jié)律的同步性驗(yàn)證

為了簡(jiǎn)化和加快對(duì)Chronotoxici-plate中DPLO節(jié)律性的評(píng)估，研究人員鑒定了DPLO中的節(jié)律標(biāo)記，并利用蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)（PPI）分析揭示了所有時(shí)鐘控制基因（CCG）之間的密切相互作用，特別是Cry1與其他基因之間的密切相互作用。同步后不同時(shí)間點(diǎn)的CCG表達(dá)分析顯示，Cry1表達(dá)在對(duì)照組表達(dá)值附近振蕩，并表現(xiàn)出與周期函數(shù)的最佳擬合。

圖4 將Cry1鑒定為潛在的輔助診斷指標(biāo)

奧沙利鉑作為藥物時(shí)間毒性的典型例子，在最初的開(kāi)發(fā)過(guò)程中因毒性過(guò)高而止步于臨床試驗(yàn)，但隨后成功的時(shí)間治療研究使奧沙利鉑成為全球范圍內(nèi)癌癥的主要治療選擇之一。為了評(píng)估Chronotoxici-plate中節(jié)律性DPLO對(duì)藥物安全性評(píng)估的影響，研究人員在同步后的不同時(shí)間點(diǎn)用奧沙利鉑處理Chronotoxici-plate 36小時(shí)。觀察結(jié)果顯示，不同給藥時(shí)間的IC50值有十倍差異，其與臨床試驗(yàn)的結(jié)論一致，表明奧沙利鉑的毒性水平隨給藥時(shí)間的不同而變化。

圖5 利用Chronotoxici-plate的節(jié)律性進(jìn)行藥物評(píng)估

綜上所述，研究人員利用微流控技術(shù)和3D打印技術(shù)建立了具有節(jié)律同步性的“Chronotoxici-plate”。這一創(chuàng)新工具可在短短4天內(nèi)完成晝夜節(jié)律藥物的篩選，并在一周內(nèi)完成全面的安全性評(píng)估。與傳統(tǒng)動(dòng)物模型相比，Chronotoxici-plates中的DPLO可以將時(shí)間療法篩選效率提高1000倍以上，促進(jìn)了更快速、更準(zhǔn)確的藥物篩選。

論文鏈接： https://doi.org/10.1002/advs.202305925