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原代肝细胞:药物研发最佳“CP”

更新时间:2023-02-21      点击次数:1237

肝脏是药物代谢的重要器官,体外代谢模型多以肝脏为基础。常用的体外模型有肝微粒体、肝S9、肝胞质液、原代肝细胞、肝组织切片、重组人代谢酶等。其中,原代肝细胞因具有较好的体外试验重现性,基本维持了肝脏的代谢功能,特别是较好的保留了与体内一致的酶水平,成为了体外药物试验的“金标准",广泛应用于药物代谢与毒理学研究中。


1    原代肝细胞的特点


原代肝细胞(Primary hepatocytes)是指从动物肝脏直接分离的肝实质细胞。原代肝细胞作为一种体外模型,具有其它体外模型不可替代的优点:①与体内环境保持一致,酶量和辅助因子水平都是正常的生理浓度,可以在接近生理状态的的情况下研究药物的代谢和毒性;②较好保留和维持了肝细胞的完整形态和肝细胞体外代谢活性,真实反应了体内的代谢情况;③无须担心动物实验的伦理问题,亦可减少动物实验所需要的的成本开支,实现了减少(Reduction)、替代(Replacement)、优化(Refinement)的 3R 伦理原则。


肝细胞被分离后,可进行贴壁培养和悬浮培养。悬浮培养的原代肝细胞在最开始的4h内细胞色素P450酶的活性最为和体内一致,随时间的延长而迅速下降;贴壁培养的原代肝细胞有足够的时间从损伤中恢复过来,具有正常细胞的形态特征。随着3D培养技术的出现,原代肝细胞的应用范围也进一步得到了扩展。


2    原代肝细胞的应用


随着技术水平的不断提高,原代培养的动物和人肝细胞已广泛应用于药物研究:①探讨药物在肝中的代谢途径和药物药代动力学的研究;②预测和解释药物与药物之间的相互作用;③研究药物的细胞毒性等。


2.1  原代肝细胞在药物代谢中的应用


原代肝细胞作为药物代谢研究的经典模型,在探讨药物在肝中的代谢途径和药代动力学的研究中发挥着重要作用。将苗头化合物与悬浮原代肝细胞共孵育,不但可对化合物在肝细胞中的代谢稳定性进行研究,而且还可得到相对多量的高纯度的代谢产物,在研究药物生物转化特征,寻找药物可能的代谢物方面优势显著。尤其是当有证据显示化合物的生物转化途径为二相代谢、水解作用或肝微粒体中非特异性蛋白结合很高、肝微粒体中代谢不明显的时候,原代肝细胞更为不可替代的体外模型。


2.2  原代肝细胞在药物-药物相互作用研究中的作用


在临床应用中患者经常会同时使用多种药物,这些药物可能会产生药物-药物相互作用(Drug-drug interaction,DDI,简称药物相互作用),有可能导致严重不良反应或改变治疗效果。因此,有必要对DDI发生的可能性和严重性及其影响程度进行科学评估。DDI评估通常从体外试验开始,确定可能影响药物处置的因素以阐明潜在的DDI机制,并获得用于进一步研究的动力学参数,其主要内容包括:确定药物的主要消除途径;评估相关代谢酶和转运体对药物处置的贡献;考察药物对代谢酶和转运体的影响。贴壁原代肝细胞即为DDI体外评估的经典模型,尤其是在评估化合物是否为代谢酶的诱导剂方面更是扮演着角色。


2.3  原代肝细胞在毒理学中的作用


药物的毒性研究是药物研究的重要组成部分。药物通过肝脏代谢后,大多数药物的毒性被消除,但同时也有一些无毒或低毒的物质通过生物转化后转变成有毒甚至毒性更大的物质,因此肝脏便必然成为研究药物毒性的重要靶器官。原代肝细胞即为一个较好的筛选模型,尤其是在检测结构相关化合物时,原代肝细胞的角色更为重要。


3    IPHASE原代肝细胞产品


IPHASE/汇智和源凭借多年的技术能力和技术经验的积累,不断摸索和优化原代肝细胞分离过程,现已形成猴、犬、大鼠、小鼠等原代肝细胞产品。

l  合规性


合规是研究的开始,产品来源清晰,免除了后顾之忧。


l  安全性


生产产品的动物均经过传染源检测,使用安全、放心。


l  纯度高


肝实质细胞的占比可达95%以上。


l  复苏率高


冻存复苏率可达95%以上。


l  活性高


生产工艺成熟,尽可能的保证了酶活性。


l  可定制


可根据客户特殊需求,提供特殊种属、特殊组织细胞的定制服务。


l  高活性


  目的细胞活性可达95%以上。


3.1  经代谢验证原代肝细胞


代谢稳定性反映了化合物对生物转化的敏感性,若代谢稳定性低,意味着化合物在体内较容易被代谢,往往预示着不良的药代动力学性质,如口服利用度低、作用时间短;代谢稳定性试验得到的人体外内在清除率Clint可用于进行人体清除率的预测;各种属间代谢速率的一致性信息可为安评动物种属的选择提供一定的数据支持。且还可得到相对多量的高纯度的代谢产物,在研究药物生物转化特征,寻找药物可能的代谢物方面优势显著。尤其是当有证据显示化合物的生物转化途径为二相代谢、水解作用或肝微粒体中非特异性蛋白结合很高、肝微粒体中代谢不明显的时候,悬浮原代肝细胞更为不可替代的体外模型。


3.2  经诱导验证原代肝细胞


酶诱导是指某些化合物能提高肝脏药物代谢酶的活性,导致合用的药物代谢速率加快,使得原药的血药浓度下降,使其疗效降低或丧失。若药物A能诱导某代谢酶的活性、而另一同服药物B为该代谢酶的底物,则A药有可能造成B药代谢清除率增加、暴露量降低,从而造成无法达到预期的药效。贴壁培养的原代肝细胞是酶诱导研究的经典模型,采用倍数变化方法,使用由已知的阳性和阴性对照药物校准的体外系统,将药物与细胞共孵育,测定孵育后CYP酶的mRNA表达水平倍数变化,以评估在研药物是否为酶的诱导剂。

3.3  经转运体验证原代肝细胞


转运体(Transporter)是指贯穿于各组织细胞膜上介导内源性或外源性物质进出生物膜的跨膜蛋白,主导药物的跨膜转运过程,影响着药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄。原代细胞来源于完整组织, 可表达存于该组织的全部转运体基因,与体内模型相关性较好,可用于研究药物代谢、转运及临床药物的相互作用。尤其是原代肝细胞可完整表达肝脏药物代谢酶和转运体,是评价经肝药物转运、代谢及毒性的模型之一。

3.4  3D培养原代肝细胞


3D细胞培养是指将具有三维结构的材料与细胞在体外共同培养,使细胞能够在载体的三维立体空间结构中迁移、生长,构成三维的细胞载体复合物。3D培养类似于细胞在体内的生长方式,既能保留体内细胞微环境的物质及结构基础,又能展现细胞培养的直观性及条件可控性的优势。3D培养的原代肝细胞可提供与体内相似的支架系统,创建与体内类似的生长环境,具有与来源组织十分接近的结构特征和功能特性,在药物代谢、毒性评估等领域发挥重要作用。

IPHASE/汇智和源凭借多年的研发经验,推出了多领域、多种类的科研试剂,为药物早期研发提供筛选工具,为生命科学领域的探索提供新材料、新方法和新手段,为食品、药品、化学品等的遗传毒性研究提供便捷产品,望广大科研工作者咨询。


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