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毒物学的研究のためのプラットフォームとしてのスケーラブルな肝ミクロ組織の生成
Generation of Scalable Hepatic Micro-Tissues as a Platform for Toxicological Studies.
PMID: 32666397 DOI: 10.1007/s13770-020-00272-6.
抄録
背景:
現在、治療薬のヒト肝臓への影響を評価するために、スケーラブルで信頼性の高いin vitroモデルが急務となっています。Huh-7を含む肝細胞株は、ヒト肝細胞との類似性が弱く、毒性試験での重要性が限定されている。肝細胞と非傍系細胞との共培養や細胞外マトリックスの存在は、肝細胞の生物学的挙動に影響を与えることが示されている。本研究の目的は、スケーラブルで機能的な肝微小組織（HMT）を作製することである。
BACKGROUND: Currently, there is an urgent need for scalable and reliable in vitro models to assess the effects of therapeutic entities on the human liver. Hepatoma cell lines, including Huh-7, show weakly resemblance to human hepatocytes, limiting their significance in toxicity studies. Co-culture of hepatic cells with non-parenchymal cells, and the presence of extracellular matrix have been shown to influence the biological behavior of hepatocytes. The aim of this study was to generate the scalable and functional hepatic micro-tissues (HMTs).
方法:
サイズ制御可能なHMTは、肝臓由来の細胞外マトリックスとアルギン酸塩の複合ハイドロゲル中でHuh-7細胞と間葉系幹細胞とヒト臍帯静脈内皮細胞を共培養することにより、空気駆動の液滴発生装置を用いて生成された。
METHODS: The size-controllable HMTs were generated through co-culturing of Huh-7 cells by mesenchymal stem cells and human umbilical vein endothelial cells in a composite hydrogel of liver-derived extracellular matrix and alginate, using an air-driven droplet generator.
結果:
生成されたHMTは、グリコーゲン貯蔵、低密度リポタンパク質とインドシアニングリーンの取り込みを監視することによって評価されるように、28日間の培養期間を通して機能的であった。また、アルブミン、α-1-アンチトリプシン、フィブリノーゲンの分泌量、尿素の産生量も増加した。また、肝特異的機能や薬物代謝に関わる遺伝子の発現を評価したところ、Huh-7細胞の二次元培養と比較して、HMTsが有意に改善していることが示された。さらに、薬物試験評価においても、HMTsは2次元培養したHuh-7細胞と比較して、肝毒素に対して高い感受性を示した。さらに、チトクローム P450 酵素の誘導・阻害力も確認されており、HMT が in vitro での薬物スクリーニングに利用できることが確認された。
RESULTS: The generated HMTs were functional throughout a culture period of 28 days, as assessed by monitoring glycogen storage, uptake of low-density lipoprotein and indocyanine green. The HMTs also showed increased secretion levels of albumin, alpha-1-antitrypsin, and fibrinogen, and production of urea. Evaluating the expression of genes involved in hepatic-specific and drug metabolism functions indicated a significant improvement in HMTs compared to two-dimensional (2D) culture of Huh-7 cells. Moreover, in drug testing assessments, HMTs showed higher sensitivity to hepatotoxins compared to 2D cultured Huh-7 cells. Furthermore, induction and inhibition potency of cytochrome P450 enzymes confirmed that the HMTs can be used for in vitro drug screening.
結論:
全体的に、我々は Huh-7 を用いて、肝臓特異的な機能を改善したシンプルでスケーラブルな肝臓微小組織の生成方法を開発した。
CONCLUSION: Overall, we developed a simple and scalable method for generation of liver micro-tissues, using Huh-7, with improved hepatic-specific functionality, which may represent a biologically relevant platform for drug studies.