利用核酸纳米材料构建的三维肝类器官模型评估药物肝毒性

摘要

目的 基于核酸纳米材料修饰的活细胞技术(nucleic acid nanostructures decorated living cells, NAC)构建肝类器官(liver organoids constructed with NAC, NAC-Liver)模型用于药物肝毒性评估。方法 通过核酸纳米折纸材料连接体将原代肝实质细胞、肝窦内皮细胞、库普弗细胞及肝星状细胞以10∶6∶3∶1的比例进行组装，构建具备仿生功能的NAC-Liver模型。采用多重荧光标记技术验证模型中各种细胞的空间分布，并定量分析白蛋白和尿素的分泌水平以评估肝细胞合成功能，进一步通过组织病理学染色评估模型的组织形态及糖脂代谢特征，并检测肝药酶(CYP450家族)活性以分析其代谢功能。根据FDA药物毒性分级选择108种药物进行高通量药物肝毒性评估，系统评价模型对不同药物的毒性响应特征。结果 活细胞染色展示了NAC-Liver中不同细胞的分布特征和良好活力。白蛋白和尿素水平检测结果显示，在培养第7、14天，NAC-Liver模型的白蛋白和尿素水平均显著高于2D PHH模型(P值均<0.01)。油红O染色和过碘酸希夫染色图像提示，NAC-Liver模型具有脂质积累和糖原储存能力。在肝药酶活性评估中，NAC-Liver模型在多个关键药物代谢酶(CYP1A2、CYP2B6、CYP2C19、CYP2D6和CYP3A4)催化产生的代谢产物浓度均显著高于2D PHH模型(P值均<0.001)。在高通量药物肝毒性评估中，NAC-Liver模型预测药物毒性的总灵敏度为0.724,能有效区分不同毒性等级的药物。结论 NAC-Liver模型为药物肝毒性评价提供了一种创新而有效的方法。

关键词

类器官 / 药物性肝损伤 / 肝毒性 / 核酸纳米结构