2023年3月3日，國際學術期刊Cell Regeneration在線發(fā)表了中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所丁秋蓉研究組的研究文章“Modeling drug-induced liver injury and screening for anti-hepatofibrotic compounds using human PSC-derived organoids”。該研究開發(fā)了衍生自人類多能干細胞（hPSCs）的人肝臟器官（HLOs）在藥物安全性評估和抗纖維化藥物高通量篩選方面的應用。
新藥研發(fā)的高失敗率眾所周知。據(jù)國際藥物研發(fā)中心（CMR）發(fā)布的《2020年CMR藥物研發(fā)評估報告》顯示：2010年至2020年間，從I期臨床實驗開始的藥物研發(fā)項目上市成功率低于10%。研發(fā)失敗的主要原因是缺乏足夠的療效或安全性，占臨床II期失敗項目的73%，及臨床III期失敗項目的69%。由于動物和人的種屬間差異，依賴動物實驗預測藥物的臨床療效、毒性及藥代動力學參數(shù)（PK）等，不可避免的造成預測的偏差，最終導致大量藥物開發(fā)失利。開發(fā)能夠準確評估和預測候選藥物對人體肝組織毒性和療效的體外肝臟細胞模型迫在眉睫。衍生自人類多能干細胞（hPSCs）的人肝臟器官（HLOs）提供了一個可行的解決方案。
在該工作中，通過誘導人多能干細胞定向分化，獲得了具備多種肝臟細胞類型的體外肝臟類器官模型（HLOs）。該HLOs中包含了肝臟中的多種細胞譜系，如肝細胞、膽管細胞、星狀細胞和Kupffer細胞等，可用于模擬多種類型的藥物性肝損傷（DILI）和一些復雜肝病如膽汁淤積、非酒精性脂肪肝等。通過應用對乙酰氨基酚、氟尿苷、甲氨蝶呤和TAK-875等工具化合物處理HLOs，研究人員檢測到包括肝細胞損傷、脂肪變性、纖維化和Kupffer細胞介導的特異性DILI等不同類型的DILI表型，并且發(fā)現(xiàn)HLOs反映的藥物性肝損傷與臨床的數(shù)據(jù)間有良好的一致性。
在此基礎上，研究人員進一步設計了一套高內涵分析系統(tǒng)，使用TGFβ誘導的HLOs纖維化模型進行高通量的抗纖維化藥物篩選。采用Collagen I免疫熒光染色反映纖維化程度，每孔樣品提取16個高內涵特征讀數(shù)進行tSNE分析。分析結果用于療效評估。選擇了60個化合物進行測試，其中10個化合物在篩選中顯示出潛在的抗纖維化功效。進一步驗證了被篩選出的化合物中的4個化合物，其中2個化合物SD208和Imatinib顯示出明顯的抗纖維化效果。為了提高評估系統(tǒng)的敏感性和穩(wěn)定性，研究人員同時建立了不同處理方法誘導的HLOs纖維化模型，模擬由不同病因誘發(fā)的肝纖維化以確認藥物功效。最終，研究人員發(fā)現(xiàn)SD208可以顯著減少TGFβ、MTX或LPS處理誘發(fā)的肝纖維化。研究成果證實了該系統(tǒng)可開發(fā)為一個簡單、方便、高效的抗纖維化藥物篩選平臺。
綜上所述，研究人員開發(fā)了hPSC衍生的HLOs在藥物安全性評估和抗纖維化藥物高通量篩選方面的應用。未來的工作將圍繞上述人源肝細胞模型的細致功能刻畫和藥物篩選體系的進一步優(yōu)化展開，結合HLO肝纖維化模型和人源化小鼠模型進一步探討抗纖維化藥物的詳細機制，以期為解決臨床前藥物肝毒性和有效性不能被充分評估等迫在眉睫的問題提供更多的啟示。
中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所博士生吳曉珊為該論文第一作者，丁秋蓉研究員為該論文通訊作者，李爽博士為該論文共同通訊作者。中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所博士生蔣大程也參與了這項研究工作。該研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、上海市科學技術委員會、中國博士后科學基金和中科院青年創(chuàng)新促進會等的資助，以及中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所公共技術平臺的支持。
圖：人iPSC衍生的肝類器官應用于藥物肝毒性評估及抗肝纖維化藥物的篩選
文章鏈接：https://cellregeneration.springeropen.com/articles/10.1186/s13619-022-00148-1
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