薬物代謝および siRNA 薬物送達における肝細胞: 種を超えたモデル システムの評価

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注: 懸濁肝細胞は、解凍培地およびインキュベーション培地と一緒に使用する必要があります。平板肝細胞は解凍培地と一緒に使用する必要があります。 平板培地、維持培地、およびコラーゲンコートプレート。 CYP 誘導には mRNA Induction Assay Kit も必要です。

肝細胞

肝細胞肝臓の主要な機能細胞であり、代謝、解毒、胆汁生成、タンパク質合成において中心的な役割を果たしています。それらは肝機能の構造的および生化学的基礎を形成し、さまざまな内因性および外因性の化合物をより害の少ない物質に変換し、薬物や毒素の代謝を促進する主要なメディエーターとして機能します。化学物質を処理する肝細胞のこの固有の能力により、肝細胞は臨床現場と研究現場の両方で、特に薬物代謝や肝臓毒性に関与する経路を研究する場合に不可欠なものとなっています。

初代肝細胞

初代肝細胞とは、ヒトであれ動物であれ、長期間のインビトロ増殖を伴わずに肝臓組織から新たに単離された細胞を指します。これらの細胞は肝臓に特徴的な酵素活性と生理学的機能の多くを保持しているため、肝臓特異的な活性を調べる研究ではゴールドスタンダードとみなされることがよくあります。研究におけるそれらの使用は、代謝安定性と、生体系に導入された後に変換を受けるか元の形で持続する薬物の本質的な能力の両方を理解する上で極めて重要です。

プレーティング肝細胞と浮遊肝細胞

実験の枠組みの中で、肝細胞は培養条件に基づいてさらに分類できます。プレーティング可能な肝細胞は、培養基質に接着している肝細胞であり、安定した付着と in vivo 環境を厳密に模倣した形態を可能にします。この付着は、これらの細胞の分極構造をサポートするだけでなく、次のような生化学経路の長期研究を維持します。CYP450酵素誘導。逆に、浮遊肝細胞は非接着状態に維持され、典型的には細胞環境の変化および迅速な代謝評価が必要な短期アッセイで使用される。懸濁培養は、細胞を試験化合物にさらに均一に曝露するのを容易にし、代謝安定性および急性肝毒性反応の迅速な評価に理想的です。

プレーティング可能な肝細胞

プレーティング可能な肝細胞単離された肝細胞は、コーティングされた培養皿または特殊な培養皿で培養されます。この付着により、細胞は広がり、分極し、細胞間接触を確立することができ、多くの生体内機能が数日または数週間にわたって維持されます。これらの細胞は接着性であるため、慢性応答、経時的な CYP450 酵素誘導、および複数日間の毒性アッセイをモニタリングするために使用できます。平板肝細胞は、肝臓特有の機能を保持するために重要な、より堅牢な細胞間コミュニケーションと細胞外マトリックス相互作用も維持します。ヒト、ヒト以外の霊長類、げっ歯類、その他の動物のいずれの種でも、生理学的条件を最もよく再現するには、最適化されたメッキ条件 (特定のコーティングや培地の補充など) が必要な場合があります。

浮遊肝細胞

対照的に、浮遊肝細胞非接着状態で培養され、丸い形態を維持しながら、より短期間生存し続ける。懸濁肝細胞は、初期の薬物代謝研究や迅速な酵素動態評価などの短期実験に最適です。細胞はマトリックスの付着によって拘束されないため、細胞接着に必要な遅延を生じることなく、迅速に調製して機能試験に使用できます。懸濁培養は、ヒト、非ヒト霊長類、げっ歯類、およびその他の種の懸濁肝細胞全体で標準化された迅速なアッセイを可能にするため、種の違いを比較する場合に特に役立ちます。

代謝安定性と肝毒性

代謝の安定性肝細胞研究の文脈では、肝酵素による生化学的変化に抵抗する分子（多くの場合薬剤候補）の能力を指します。肝細胞の代謝安定性を調査することにより、研究者はこれらの物質の半減期と潜在的な分解生成物を予測することができ、これは医薬品開発において重要です。代謝産物は親化合物には見られない毒性作用を示す場合があるため、化合物の代謝プロファイルはその有効性だけでなく安全性も決定します。

肝毒性一方、肝細胞に対する化学物質の有害な影響が含まれます。毒性研究における初代肝細胞と培養肝細胞の両方の使用は、肝損傷を引き起こすメカニズムの解明に役立ちます。肝臓は代謝の中心器官であり、環境化学物質と医薬品の両方からの有毒な攻撃に非常に敏感であるため、これは非常に重要です。これらの細胞を利用した研究では、細胞の損傷や機能不全のパターンを検出できるため、肝損傷の初期事象についての洞察が得られ、臨床現場での有害な転帰の予測に役立ちます。

酵素誘導は、肝細胞機能に関連する別の重要な側面であり、特定の物質が代謝酵素の合成を増加させるプロセスを指します。この現象は、投与された薬物の代謝の増加につながり、その有効性が低下したり、有害な代謝産物の生成が増加したりする可能性があるため、特に重要です。プレーティング可能な肝細胞を使用した研究は、多くの場合、酵素誘導を制御する制御経路を調べることを目的としており、それによってさまざまな生体異物と肝臓の代謝能力の間の複雑な相互作用に光を当てることができます。

肝臓への siRNA 送達とターゲティング戦略

RNA 干渉 (RNAi) 治療法の最近の進歩により、次のような新しい戦略が導入されました。肝臓への標的送達低分子干渉RNA (siRNA) を使用します。重要なアプローチには、siRNA 分子と N-アセチルガラクトサミン (GalNAc) の結合が含まれ、これによりアシアロ糖タンパク質受容体を介した肝細胞による選択的な取り込みが促進されます (ASGPR）。 ASGPR は肝細胞の表面で高度に発現しており、肝細胞のエンドサイトーシスによる内部移行において中心的な役割を果たしています。GalNAc-siRNA結合体であり、肝臓特異的な薬物送達にとって重要な経路となっています。

in vitro 研究では一般的に次のような手法が採用されています。初代肝細胞 siRNA トランスフェクションの効率と特異性を評価する技術siRNA GalNAc 肝細胞送達。これらの方法により、研究者は生理学的に関連した状況で遺伝子ノックダウン効果を研究し、細胞内取り込みと遺伝子サイレンシング効率を最大化するために送達製剤を最適化することができます。

全体として、ASGPR - 媒介 GalNAc - siRNA システムを使用した RNA 治療薬の肝臓標的送達は、遺伝性肝疾患および代謝障害を治療するための高度に特異的かつ非ウイルス性のアプローチを表し、トランスレーショナル研究と医薬品開発の両方における初代肝細胞モデルの有用性をさらに強化します。

種-特定の肝細胞の詳細

ヒト肝細胞

プレート可能なヒト肝細胞 これらはヒトの薬物代謝と毒性を予測するために不可欠であり、高い機能的関連性を提供します。特殊なプレートに接着することで、代謝酵素誘導、フェーズ I/II 代謝、トランスポーター活性の研究が可能になります。

非準拠形式では、サスペンション ヒト肝細胞 生体異物に迅速に反応するため、迅速な代謝評価、クリアランス研究、短期の毒性試験に最適です。

非ヒト霊長類肝細胞

人間との生理学的類似性により、メッキ可能なカニクイザル肝細胞そしてプレーティング可能なアカゲザル肝細胞 前臨床研究とヒトでの結果を橋渡しするのに価値があります。それらは、薬物代謝、酵素誘導、および種特異的な安全性プロファイルを評価するために使用されます。

サスペンションカニクイザル サルの肝細胞そしてアカゲザル肝細胞懸濁液 代謝機能と急性反応の迅速な比較評価が可能になり、プレート可能なフォーマットに関する長期の研究の前に短期のデータが必要な場合に役立ちます。

犬の肝細胞

主に獣医学およびトランスレーショナル研究で利用され、プレート可能な犬肝細胞そしてプレート可能なビーグル肝細胞薬剤性肝損傷と動物用医薬品の代謝を研究するために、生体内肝臓生理学を模倣します。

これらは迅速な代謝研究を提供し、懸濁モデルでの迅速な代謝回転の恩恵を受ける初期段階のスクリーニングアッセイで使用されます。

Sprague-Dawley ラット肝細胞

これらプレーティング可能なスプレーグ-ドーリーラット肝細胞は、Sprague-Dawley ラットから単離され、接着形式または平板形式で培養されます。 Plateable 法では、細胞が培養皿に付着するため、細胞は安定した細胞間相互作用を形成し、肝臓特有の機能を長期間維持することができます。この形式は、Sprague-Dawley ラット肝細胞を使用した長期代謝プロセス、酵素誘導、および慢性毒性評価の研究に特に適しています。

非付着状態に維持すると、懸濁液 Sprague-Dawley ラット肝細胞主に短期間の実験に使用されます。懸濁液形式は、即時の機能的応答が必要な急性薬物代謝研究や酵素動態評価などの迅速なアッセイを容易にします。このモードは、異なる種または条件間の急性代謝反応を比較する場合に有益です。

ICR/CD-1 マウス肝細胞

ICR/CD-1 マウスから分離されたこれらの プレート可能な ICR/CD-1 マウス肝細胞培養皿に付着し、重要な肝機能を長期間にわたって維持できるようになります。研究者は、実験観察のために安定した長期間の培養期間が必要な場合、ICR/CD-1 マウス肝細胞の Plateable 法を好みます。

対照的に、浮遊ICR/CD-1マウス肝細胞は接着せずに培養され、したがって短期の研究に適した丸い形態を保持する。懸濁液 ICR/CD-1 マウス肝細胞代謝反応の迅速な評価が可能で、予備スクリーニングやハイスループットの検査が必要な場合に特に役立ちます。 ICR/CD-1 マウスで浮遊肝細胞を使用すると、ベースラインの代謝プロファイルを迅速に確立し、他の種や異なる実験条件と比較するのに役立ちます。

ネコ肝細胞

Plateable フォーマットは、慢性毒性評価や酵素誘導実験など、持続的な肝臓特異的機能を必要とする長期研究に特に役立ちます。猫の肝疾患、薬剤性肝障害、猫特有の代謝異常に焦点を当てた研究では、プレート可能な猫肝細胞堅牢なモデルを提供します。また、それらの遵守により形態学的および機能的エンドポイントの再現性も向上し、獣医学薬理学および肝臓学の研究において好ましいモデルとなっています。

懸濁フォーマットは、生体異物に対する即時の細胞応答の測定を容易にし、付着がないため、長期培養で見られる応答の遅延が最小限に抑えられます。懸濁猫肝細胞 したがって、新しい化合物への曝露後の初期の生化学的変化と潜在的な有害反応を特定するために重要です。

ニワトリ肝細胞

鳥類モデルの代表として、プレート可能なニワトリ肝細胞肝機能の進化的な違いを理解するための比較研究、特に内分泌かく乱物質の評価に使用されます。

懸濁鶏肝細胞鳥類の肝臓代謝の迅速かつ急性期の研究が可能になり、対応する哺乳類と直接比較できます。

他の種

他の種の場合, プレート可能なミニブタ肝細胞, 懸濁ミニブタ肝細胞, プレート可能なニュージーランド白ウサギ肝細胞, ニュージーランドホワイトウサギ懸濁肝細胞、懸濁ウィスターラット肝細胞、懸濁ウィスターハンラット肝細胞 すべては薬物相互作用を予測および説明し、薬物の細胞毒性を研究するための一般的なモデルでもあります。.

結論

肝細胞は、代謝、解毒、胆汁生成、タンパク質合成を通じて肝機能を維持する上で極めて重要な役割を果たします。この論文では、初代肝細胞とその培養形態 (平板肝細胞および懸濁肝細胞) の違いが強調されており、それぞれがさまざまな実験目的に合わせて最適化されています。付着性と生存期間の延長を備えた平板肝細胞は、慢性効果、酵素誘導、長期代謝プロセスの研究に重要ですが、浮遊肝細胞は急性アッセイに迅速かつ均一な試験条件を提供します。さらに、この分析は種特異的な応用にまで及び、ヒトから動物系までの多様な肝細胞モデルが、薬物代謝の予測、肝毒性の評価、GalNAc結合を用いたRNAベースの介入などの標的療法の設計にどのように役立つかを反映しています。この包括的な概要は、臨床研究と薬理学的開発の両方における肝細胞の不可欠な役割を実証し、肝臓の生理機能と薬物の安全性と有効性の根底にあるメカニズムについての重要な洞察を提供します。