​受倫理和費用影響，使用動物來進行毒理實驗變得越來越困難。同時，動物所得到的結果很有可能與實際臨床試驗有差別，因而給臨床試驗帶來了潛在的風險。于是，科研工作者開始嘗試在體外構建三維細胞培養物——類器官。類器官通常具有相應器官的關鍵特征，以此科研工作者就可以使用它們來進行相應器官的藥物毒理學試驗，常見的如使用肝臟類器官檢測藥源性肝損傷（Drug Induced Liver Injury，DILI）。一些較為簡單的模型構建事實上已經使用了較長時間，但這些模型缺乏長效性（Longevity）和組織復雜度（Tissue-level Complexity），得出的結論往往不具有充分的可靠性。
 
在此背景下，Deborah G. Nguyen等人使用病人來源的肝臟細胞和非薄壁細胞以3D打印的形式構建了無支架類器官。相較于傳統的偏二維模型或簡單三維模型，該類器官在4周后仍然能夠維持一定程度的ATP、白蛋白甚至是藥物介導的活性細胞色素P450s酶。為評估該類器官的功能性，作者選用曲伐沙星——一種因肝毒性較強而無法用標準臨床前模型評估肝毒性的藥物——與無明顯肝毒性藥物左氧氟沙星進行對比。發現曲伐沙星在臨床濃度下（≤4 μM）的肝臟毒性與濃度呈顯著性正比關系。

       

 

圖1 置于24孔板中的肝臟類器官

 

此外，盡管有很多相關的文獻，但對于準備進入這一領域的科學工作者而言，面對各種各樣的細胞模型、種類繁多的模型構建方法，可能會耗費許多時間理清頭緒。面對這種情況，Xihui等人在綜述Three-dimensional liver models: state of the art and their application for hepatotoxicity evaluation一文中，詳細闡述了構建體外三維肝臟模型的相關內容。分為模型建立方法、細胞種類、在藥源性肝損傷（DILI）中的重要性及相關商業化情況，主要內容如下：
 

• 模型構建：根據輔助材料的使用與否分為有支架（主要為水凝膠、瓊脂糖等遇水形成一定支撐力的材料，其中便提到在regenHU技術和產品的推動下，利用細胞外基質（extracellular matrix，ECM）作為支架材料進行肝臟3D打印成為了非常重要的模型構建方法）和無支架模型兩種，分別介紹了建立方法和優缺點。

• 細胞種類：原代人類肝臟細胞（Primary Human hepatocytes）、干細胞分化的類肝臟細胞（stem cell derived hepatocyte like cells）、永生化肝細胞系（immortalized hepatic cell lines）等三種不同類型的肝臟細胞。

•  肝毒性研究應用：肝毒性主要有兩個來源——藥物本身或經由藥物代謝產生的產物。因而在本章節對直接毒性和慢性毒性均進行了介紹。同時，作者也總結了納米藥物的肝臟毒性。

• 商業化情況：因生物3D打印的速率尚不足以滿足批量生產，因而作者認為該項應用仍以定制為主。通過使用病人來源的細胞，科研工作者可構建類器官進行個性化藥物篩選和個體化藥效評價，隨著商業醫療的逐步完善，這一市場將極具發展前景。
   

該綜述全面的內容為正要和即將進行類似實驗的科研工作者提供了便利。但正如作者所言，類器官仍在多個國家遭受不同程度的文化、法規障礙，在努力爭取科研許可的同時，也應牢記科學底線，為社會帶來正能量。

參考文獻：

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[1] Zhang X, Jiang T, Chen D, et al. Three-dimensional liver models: state of the art and their application for hepatotoxicity evaluation[J]. Critical Reviews in Toxicology, 2020(11):1-31.

[2] Nguyen D G, Funk J, Robbins J B, et al. Bioprinted 3D Primary Liver Tissues Allow Assessment of Organ-Level Response to Clinical Drug Induced Toxicity In Vitro[J]. Plos One, 2016, 11(7):e0158674.


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