מילות מפתח:אורגנואיד, גידול תלת-ממדי, תרבית ספרואיד תלת-ממדית, תרבית תאים תלת-ממדית, הפטוציטים ראשוניים, הפטוציטים אנושיים ראשוניים, הפטוציטים ראשוניים של קופים, הפטוציטים ראשוניים של כלבים, הפטוציטים ראשוניים של חולדה, הפטוציטים ראשוניים של עכברים, לוחית תרבות התקשרות אולטרה-נמוכה

מוצרי IPHASE

הקדמה

ההתפתחות המהירה של טכנולוגיות תרבית תאים Organoid ו-3D משנה את המחקר הפרה-קליני. ככל שחברות התרופות מחפשות יותר חיזוי במוד ויטרואלא, תרבית תאים דו-ממדית (2D) מסורתית מוחלפת יותר ויותר במערכות טיפוח תלת-ממדיות רלוונטיות מבחינה פיזיולוגית.

אבן דרך משמעותית הגיעה באפריל 2025 כאשר ה-FDA האמריקני הכריז על תוכניות לצמצם את דרישות הניסויים בבעלי חיים להערכת בטיחות נוגדנים חד שבטיים בזמן encoדחיפה לאימוץ של מתודולוגיות גישה חדשה (NAMs), כולל אורגנואידים ומודלים מתקדמים מבוססי תאים אנושיים. שינוי מדיניות זה מדגיש את החשיבות ההולכת וגוברת של מערכות חוץ גופיות רלוונטיות לבני אדם לפיתוח תרופות.

בין הטכנולוגיות הללו, Primary Hepatocyte 3D Spheroid Culture הפכה לאחד מדגמי הכבד המעשיים והמאומצים ביותר. על ידי מתן אפשרות להפטוציטים ראשוניים להתכנס בעצמם לכדוריות תלת מימדיות, החוקרים יכולים לשמר תפקודי כבד ספציפיים לתקופות ממושכות תוך השגת נתונים מנבאים יותר עבור מטבוליזם של תרופות, רעילות בכבד ומחקר מחלות כבד.

מה הם אורגנואידים בכבד וכדוריות הפטוציטים?

אורגנואידים הם מבנים רב-תאיים תלת-ממדיים הנגזרים מתאי גזע המשחזרים מאפיינים ארכיטקטוניים ותפקודיים מרכזיים של איברים מקומיים. אורגנואידים בכבד הוכיחו פוטנציאל אדיר ברפואה רגנרטיבית, מודלים של מחלות וטיפולים מותאמים אישית.

בהשוואה לאורגנואידים שמקורם בתאי גזע, כדוריות הפטוציטים ראשוניים מייצגים צורה פשוטה יותר וניתנת לשחזור של תרבית כדורית תלת-ממדית. במקום לדרוש מטריצות חוץ-תאיות מורכבות או פרוטוקולי בידול, הפטוציטים ראשוניים מבודדים טריים מתקבצים באופן ספונטני בתנאי התקשרות אולטרה-נמוכים ליצירת כדוריות רב-תאיות קומפקטיות תוך שמירה על פנוטיפים חיוניים של הכבד.

גישה פשוטה זו הפכה את כדוריות הפטוציטים לאחד מדגמי הכבד הנפוצים ביותר למחקר פרמצבטי.

מדוע תרבות 3D עולה על תרבות 2D קונבנציונלית

הפטוציטים ראשוניים מאבדים במהירות את הפנוטיפ המובחן שלהם כשהם מתורבתים כמונו-שכבות קונבנציונליות. תוך מספר ימים בלבד, תפקודים ספציפיים לכבד יורדים באופן דרמטי, כולל: פעילות האנזים ציטוכרום P450、הפרשת אלבומין、מטבוליזם של חומצת מרה、התבטאות מעבירי תרופות、קוטביות תאית. מגבלות אלו מפחיתות את הערך הניבוי של תרבויות דו-ממדיות מסורתיות למחקרי רעילות לטווח ארוך.

לעומת זאת, תרבית כדורית תלת-ממדית יוצרת מחדש אינטראקציות קריטיות בין תאים לתאים וארכיטקטורה מיקרו-סביבתית שנמצאת ברקמת כבד מקומית. הכדוריות המתקבלות מציגות רלוונטיות פיזיולוגית משופרת באמצעות תקשורת תאים משופרת, שיפועים חמצן, דיפוזיה של חומרים מזינים ושמירה על קיטוב הכבד.

כתוצאה מכך, כדוריות הפטוציטים ראשוניים שומרים על תפקודי כבד יציבים במשך שבועות ולא ימים, מה שהופך אותם לבעלי ערך במיוחד עבור מחקרי חשיפה כרונית לתרופות.

היתרונות של תרבית כדוריות תלת-ממדית ראשונית של הפטוציטים

1. יציבות תפקודית לטווח ארוך

יתרון מרכזי של תרבית כדורית כבד 3D ראשונית הוא שימור ארוך טווח של תפקודי כבד ספציפיים. על ידי קידום אינטראקציות נרחבות בין תאים ותאים ויצירה מחדש של מיקרו-סביבה רלוונטית יותר מבחינה פיזיולוגית, כדוריות שומרים על מאפייני כבד קריטיים שאבדו במהירות בתרביות דו-ממדיות קונבנציונליות. בתנאים אופטימליים, ספירואידים ראשוניים של הפטוציטים שומרים על ייצור אלבומין יציב, פעילות האנזים CYP450, מטבוליזם של שלב I ו-Phase II וביטוי טרנספורטר של תרופות במשך יותר מ-21 ימים. תוחלת חיים פונקציונלית מורחבת זו מאפשרת מודלים מנבאים יותר במבחנה עבור מטבוליזם של תרופות, הערכת רעילות בכבד ומחקר מחלות כבד כרוניות.

2. רלוונטיות פיזיולוגית מוגברת

אחד היתרונות העיקריים של תרבית ספרואיד תלת-ממדית הפטוציטים הוא יכולתו ליצור מחדש תכונות מפתח של המיקרו-סביבה הכבדית המקומית. באמצעות אינטראקציות נרחבות של תאים-תאים ויצירת רקמות-כמו ארכיטקטורה תלת מימדית, כדוריות מייצרות גרדיאנטים של חמצן וחומרי תזונה רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית תוך שמירה על קוטביות כבד ותפקוד תאי. כתוצאה מכך, הפטוציטים ראשוניים מציגים פעילויות מטבוליות הדומות יותר לאלו שנצפו in vivo, מה שמוביל לשיפור חיזוי של חילוף החומרים של התרופה, תפקוד הכבד ופגיעת כבד הנגרמת על ידי תרופות (DILI) בהשוואה לתרבויות דו-שכבתיות קונבנציונליות.

3. יישומים בגילוי תרופות וחקר כבד

הרלוונטיות הפיזיולוגית המשופרת והיציבות התפקודית לטווח ארוך של כדוריות הפטוציטים ראשוניים הפכו אותם לכלים בעלי ערך במגוון רחב של יישומי מחקר ביו-רפואיים. הם נמצאים בשימוש נרחב במטבוליזם של תרופות ובמחקרים פרמקוקינטיים, הערכת רעילות בכבד, חיזוי DILI, מבחני אינדוקציה ועיכוב CYP ובדיקות יציבות מטבולית. בנוסף, כדוריות הפטוציטים מספקות מודלים חזקים במבחנה לחקר מחלות כבד, כולל סטאטו-הפטיטיס לא אלכוהולית (NASH), פיברוזיס בכבד ודלקת כבד נגיפית. היכולת שלהם לשחזר טוב יותר את פיזיולוגיית הכבד המקומית הופכת אותם גם למתאימים מאוד לרפואה מדויקת, רפואה רגנרטיבית ויישומי מחקר מתקדמים מתקדמים אחרים.

בניית כדוריות הפטוציטים תלת מימדיות אמינות

תרבות כדורית תלת מימדית מוצלחת תלויה בשלושה מרכיבים חיוניים:

1. הפטוציטים ראשוניים באיכות גבוהה

איכות התא קובעת ישירות את המורפולוגיה של הכדוריות, הכדאיות והתפקוד לטווח ארוך.

IPHASE מספקת הפטוציטים ראשוניים שמורים בהקפאה ממגוון מינים, כולל:

• הפטוציטים אנושיים ראשוניים
• הפטוציטים של קוף ראשוני
• הפטוציטים ראשוניים של כלב
• הפטוציטים ראשוניים של עכברוש
• הפטוציטים ראשוניים של עכבר

כל ההפטוציטים עוברים בקרת איכות קפדנית כדי להבטיח כדאיות גבוהה, ביצועים עקביים ושחזור מאצוות-לאצווה.

2. מדיה תרבותית תלת מימדית אופטימלית

מדיה מיוחדת חיונית הן ליצירת כדוריות ולתחזוקה לטווח ארוך.

זרימת העבודה של IPHASE כוללת:

• הפטוציט הפשרה בינוני
• מדיום להיווצרות כדוריות תלת מימדית של הפטוציטים
• הפטוציט 3D Spheroid Medium תחזוקה

אמצעי תקשורת אלה תומכים בצבירה יעילה תוך שמירה על תפקוד הכבד לאורך תקופות תרבות ממושכות.

3. צלחות תרבות אולטרה-נמוכות התקשרות

היווצרות כדורית אמינה דורשת כלי תרבית המונעים הידבקות תאים.

צלחות תרבות IPHASE Ultra-Low Attachment Culture מאפשרות להפטוציטים להתאסף בעצמם לכדוריות אחידות ללא צורך בציפויים של מטריקס חוץ-תאיים, מה שמספק עקביות מצוינת עבור זרימות עבודה שגרתיות במעבדה.

אימות ניסוי

באמצעות הפטוציטים ראשוניים של קוף cynomolgus, IPHASE הקימה בהצלחה כדוריות כבד תלת-ממדיות יציבות תוך שבעה ימים באמצעות מערכת התרבית המותאמת שלה.(איור 1&2).

איור 1. ספירואידים 3D מייצגים שנוצרו מ-IPHASE Primary Cynomolgus Monkey Hepatocytes (Lot K0125E069).

איור 2. ספירואידים 3D מייצגים שנוצרו מ-IPHASE Primary Cynomolgus Monkey Hepatocytes (Lot K0124E022).

כדי לאמת עוד יותר את הביצועים של IPHASE 3D Primary Hepatocyte Spheroid Culture System, הפטוציטים ראשוניים ממינים מרובים תורבו באמצעות אותה זרימת עבודה סטנדרטית, כולל קוף cynomolgus (לוט K0125E086), כלב ביגל (לוט B0125H018) ו-Sprague-Dawley. הפרשת אלבומין בסופרנטנט התרבית נמדדה לאחר 7 ימים של תרבית כדורית כאינדיקטור תפקודי לפעילות הכבד (איור 1). כל שלושת המינים יצרו בהצלחה כדוריות יציבות ושמרו על ייצור אלבומין ניתן לזיהוי, מה שמדגים את החוסן והשחזור של פלטפורמת התרבות ה-IPHASE 3D על פני מודלים שונים של בעלי חיים.

כדי להעריך את היציבות התפקודית לטווח ארוך של הכדוריות, הפטוציטים של קוף cynomolgus (Lot K0124E022) תורבו למשך עד 21 ימים. הפרשת אלבומין הוערכה במספר נקודות זמן לאורך תקופת התרבות (איור 2). הייצור המתמשך של אלבומין במהלך התרבות ארוכת טווח מצביע על כך שמערכת הכדוריות התלת-ממדית IPHASE משמרת ביעילות תפקודים ספציפיים של הכבד, תומכת ביישום שלה במחקרי רעילות כרונית, מטבוליזם של תרופות ומודלים ארוכי טווח של מחלות כבד.

איור 1. הפרשת אלבומין על ידי כדוריות תלת מימד שנוצרו מהפטוציטים ראשוניים ממינים שונים לאחר 7 ימי תרבות.
איור 2. הפרשת אלבומין על ידי קוף cynomolgus כדוריות הפטוציטים ראשוניים בתרבית במשך 7 ו-21 ימים.
פתרון מלא של IPHASE עבור דגמי כבד תלת מימדיים

כדי לתמוך בביקוש הגובר לתרבית מתקדמת של תאים תלת מימדיים ומחקר אורגנואידים, IPHASE מספקת זרימת עבודה משולבת לתרבית כדוריות הפטוציטים, כולל:

• הפטוציטים אנושיים ראשוניים שמורים בהקפאה
• הפטוציטים של קוף ראשוני
• הפטוציטים ראשוניים של כלב
• הפטוציטים ראשוניים של עכברוש
• הפטוציטים ראשוניים של עכבר
• הפטוציט הפשרה בינוני
• מדיום להיווצרות כדוריות תלת מימדית של הפטוציטים
• הפטוציט 3D Spheroid Medium תחזוקה
• צלחות תרבות אולטרה-נמוכות התקשרות

מוצרים אלה מאפשרים לחוקרים להקים מודלים חזקים וניתנים לשחזור של כדוריות כבד לגילוי תרופות, טוקסיקולוגיה, מודלים של מחלות ומחקר תרגום.

מסקנה

ככל שסוכנויות רגולטוריות מעודדות יותר ויותר אסטרטגיות בדיקה רלוונטיות לבני אדם, תרבית 3D Primary Hepatocyte Spheroid הופכת לפלטפורמה הכרחית לחקר כבד מודרני.

על ידי שימור הפנוטיפ של הכבד, שיפור הרלוונטיות הפיזיולוגית ותמיכה במחקרים תפקודיים ארוכי טווח, כדוריות הפטוציטים ראשוניים מגשרים על הפער בין תרבית תאים קונבנציונלית לביולוגיה in vivo.

עם הפטוציטים ראשוניים באיכות גבוהה, אמצעי תרבית אופטימליים וצלחות תרבות חיבור מיוחדות במיוחד, IPHASE מציעה לחוקרים פתרון מלא לבניית דגמי כבד תלת מימדיים בעלי ביצועים גבוהים, המאיצים את גילוי התרופות והמחקר הביו-רפואי.