肝脏芯片新进展！Anal Chem：开发出一种创新的堆叠阵列芯片，能成功模拟人体内的复杂炎症微环境

在药物研发和临床治疗领域，药物性肝损伤（DILI）一直是个令人头疼的问题。其中，特发性药物性肝损伤（iDILI）由于发病机制难以捉摸，缺乏明确的剂量-反应关系，不仅威胁患者健康，也给科研和医疗工作带来巨大挑战。

近期，一项发表在Anal Chem的研究Establishment of an Idiosyncratic Drug-Induced Liver Injury Model on a Stacked Array Chip for Identification of CCL5-Mediated Paracrine Dynamics为我们带来了新的解决方案。

以往研究iDILI，主要依赖动物模型和体外细胞模型。动物模型存在药物消耗量大、物种差异等问题，限制了高通量药物筛选以及对分子和细胞层面机制的深入探究。体外细胞模型，如二维细胞培养模型，无法模拟体内复杂的炎症微环境，难以真实反映iDILI的发病过程。尽管器官芯片技术逐渐兴起，但此前的芯片在灵活性和兼容性方面存在不足，且一直没有与动态炎症相关的iDILI芯片模型。

本研究研发出一种堆叠阵列芯片，它由上层的肝脏芯片和下层的巨噬细胞芯片组成。研究人员先将肝细胞与特定混合液滴在肝脏芯片的微柱阵列上，形成3D肝脏微组织。同时，对巨噬细胞进行预处理后，接种到巨噬细胞芯片。然后将两者组装并共培养，设置不同处理组，成功构建了iDILI模型。该模型细胞活力接近100%，并且确定了诸如血清需求、细胞接种密度等优化参数，在多细胞系和原代细胞中都验证了其可行性。

图 1. 堆叠阵列芯片上iDILI模型的构建

为了验证模型的有效性，研究人员挑选了10种代表性药物，其中8种为iDILI药物，2种为固有DILI药物。实验结果显示，iDILI药物与脂多糖（LPS）共处理时，3D肝脏微组织的肝毒性明显高于单独给药组；而固有DILI药物共处理组与单独给药组相比，肝毒性没有显著增加，这表明该模型能够准确区分两类药物。

以尼美舒利（NIM）为例，研究人员进一步探究iDILI的发病机制。RNA测序和RT - qPCR分析发现，NIM与LPS共处理会激活TNF通路，引发肝脏微组织的炎症损伤。同时，CCL5等炎症因子水平上升，CCL5通过与CCR1、CCR3和CCR5受体结合，促使巨噬细胞向M1极化。此外，通过灵活操作芯片，研究人员发现NIM诱导iDILI的机制符合部分假设，炎症预激活和NIM预处理之间存在动态平衡，这种平衡影响着炎症相关基因的表达。

图 2. NIM诱导的iDILI促进3D肝脏微组织的炎症损伤

图 3. NIM诱导iDILI的机制示意图

这项研究构建的iDILI芯片模型具有重要意义。它能够模拟体内的动态微环境，准确区分iDILI药物，且芯片设计灵活，兼容性良好。通过该模型，我们对iDILI的发病机制有了更深入的理解，为iDILI药物筛选提供了有力工具，有望加速药物研发进程，降低临床用药风险。未来，随着科研的不断深入，通过整合患者来源细胞等方式，该模型的预测能力将进一步提升，为攻克iDILI带来更多希望，让更多患者受益于精准的医疗干预。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Hou Y, Gao Z, Tu P, Ai X, Jiang Y. Establishment of an Idiosyncratic Drug-Induced Liver Injury Model on a Stacked Array Chip for Identification of CCL5-Mediated Paracrine Dynamics. Anal Chem. 2024;96(49):19370-19377. doi:10.1021/acs.analchem.4c03552