საკვანძო სიტყვები:ორგანული, 3D კულტივაცია, 3D სფეროიდების კულტურა, 3D უჯრედების კულტურა, პირველადი ჰეპატოციტები, პირველადი ადამიანის ჰეპატოციტები, პირველადი მაიმუნის ჰეპატოციტები, პირველადი ძაღლის ჰეპატოციტები, პირველადი ვირთხის ჰეპატოციტები, თაგვის პირველადი ჰეპატოციტები, ულტრა დაბალი მიმაგრება

IPHASE პროდუქტები

შესავალი

Organoid და 3D უჯრედების კულტურის ტექნოლოგიების სწრაფი ევოლუცია გარდაქმნის პრეკლინიკურ კვლევას. რამდენადაც ფარმაცევტული კომპანიები უფრო პროგნოზირებულებს ეძებენვიტრო რეჟიმისხვათა შორის, ტრადიციული ორგანზომილებიანი (2D) უჯრედების კულტურა სულ უფრო მეტად იცვლება ფიზიოლოგიურად შესაბამისი 3D კულტივირების სისტემებით.

მნიშვნელოვანი ეტაპი დადგა 2025 წლის აპრილში, როდესაც აშშ-ს FDA-მ გამოაცხადა გეგმები შეამციროს ცხოველთა ტესტირების მოთხოვნები მონოკლონური ანტისხეულების უსაფრთხოების შეფასებისთვის, სანამ Encoახალი მიდგომის მეთოდოლოგიების (NAMs) მიღების მოწოდება, მათ შორის ორგანოიდები და მოწინავე ადამიანის უჯრედებზე დაფუძნებული მოდელები. პოლიტიკის ეს ცვლილება ხაზს უსვამს ადამიანის - შესაბამისი ინ ვიტრო სისტემების მზარდ მნიშვნელობას წამლების განვითარებისთვის.

ამ ტექნოლოგიებს შორის პირველადი ჰეპატოციტების 3D სფეროიდული კულტურა გახდა ღვიძლის ერთ-ერთი ყველაზე პრაქტიკული და ფართოდ მიღებული მოდელი. პირველადი ჰეპატოციტების სამგანზომილებიან სფეროიდებად შეკრების დაშვებით, მკვლევარებს შეუძლიათ შეინარჩუნონ ღვიძლის სპეციფიკური ფუნქციები დიდი ხნის განმავლობაში, ხოლო მიაღწიონ უფრო პროგნოზირებულ მონაცემებს წამლების მეტაბოლიზმის, ჰეპატოტოქსიურობისა და ღვიძლის დაავადებების კვლევისთვის.

რა არის ღვიძლის ორგანოიდები და ჰეპატოციტების სფეროიდები?

ორგანოიდები არის სამგანზომილებიანი მრავალუჯრედიანი სტრუქტურები, რომლებიც წარმოიქმნება ღეროვანი უჯრედებიდან, რომლებიც ასახავს ადგილობრივი ორგანოების ძირითად არქიტექტურულ და ფუნქციურ მახასიათებლებს. ღვიძლის ორგანოოიდებმა აჩვენეს უზარმაზარი პოტენციალი რეგენერაციულ მედიცინაში, დაავადების მოდელირებასა და პერსონალიზებულ თერაპიაში.

ღეროვანი უჯრედებიდან მიღებულ ორგანოიდებთან შედარებით, პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდები წარმოადგენენ 3D სფეროიდული კულტურის უმარტივეს და მაღალ რეპროდუცირებად ფორმას. იმის ნაცვლად, რომ მოითხოვონ რთული უჯრედგარე მატრიცები ან დიფერენციაციის პროტოკოლები, ახლად იზოლირებული პირველადი ჰეპატოციტები სპონტანურად გროვდება ულტრა - დაბალი მიმაგრების პირობებში კომპაქტური მრავალუჯრედოვანი სფეროიდების წარმოქმნით, ღვიძლის არსებითი ფენოტიპების შენარჩუნებისას.

ამ მარტივმა მიდგომამ ჰეპატოციტების სფეროიდები გახადა ღვიძლის ერთ-ერთ ყველაზე ფართოდ გამოყენებულ მოდელად ფარმაცევტული კვლევისთვის.

რატომ აღემატება 3D კულტურა ჩვეულებრივ 2D კულტურას

პირველადი ჰეპატოციტები სწრაფად კარგავენ დიფერენცირებულ ფენოტიპს ჩვეულებრივი მონოფენების სახით კულტივირებისას. მხოლოდ რამდენიმე დღეში, ღვიძლის მრავალი სპეციფიკური ფუნქცია მკვეთრად მცირდება, მათ შორის: ციტოქრომ P450 ფერმენტის აქტივობა, ალბუმინის სეკრეცია, ნაღვლის მჟავების მეტაბოლიზმი, წამლის გადამტანის გამოხატულება, უჯრედული პოლარობა. ეს შეზღუდვები ამცირებს ტრადიციული 2D კულტურების პროგნოზირებულ მნიშვნელობას ტოქსიკურობის გრძელვადიანი კვლევებისთვის.

ამის საპირისპიროდ, 3D სფეროიდული კულტურა აღადგენს კრიტიკულ უჯრედულ ურთიერთქმედებებს და მიკროგარემოს არქიტექტურას, რომელიც გვხვდება მშობლიურ ღვიძლის ქსოვილში. შედეგად მიღებული სფეროიდები აჩვენებენ გაუმჯობესებულ ფიზიოლოგიურ შესაბამისობას უჯრედების გაძლიერებული კომუნიკაციის, ჟანგბადის გრადიენტების, საკვები ნივთიერებების დიფუზიის და ღვიძლის პოლარიზაციის შენარჩუნების გზით.

შესაბამისად, პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდები ინარჩუნებენ ღვიძლის სტაბილურ ფუნქციებს კვირების განმავლობაში და არა დღეების განმავლობაში, რაც მათ განსაკუთრებით ღირებულს ხდის წამლების ქრონიკული ექსპოზიციის კვლევებისთვის.

პირველადი ჰეპატოციტების 3D სფეროიდული კულტურის უპირატესობები

1. გრძელვადიანი ფუნქციონალური სტაბილურობა

3D პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდული კულტურის მთავარი უპირატესობა არის ღვიძლის სპეციფიკური ფუნქციების გრძელვადიანი შენარჩუნება. უჯრედების/უჯრედების ფართო ურთიერთქმედების ხელშეწყობით და ფიზიოლოგიურად უფრო მნიშვნელოვანი მიკროგარემოს ხელახალი შექმნით, სფეროიდები ინარჩუნებენ ღვიძლის კრიტიკულ მახასიათებლებს, რომლებიც სწრაფად იკარგება ჩვეულებრივ 2D კულტურებში. ოპტიმიზებული პირობებით, პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდები ინარჩუნებენ ალბუმინის სტაბილურ წარმოებას, CYP450 ფერმენტის აქტივობას, I და II ფაზის მეტაბოლიზმს და წამლის გადამტანის ექსპრესიას 21 დღეზე მეტი ხნის განმავლობაში. ეს გახანგრძლივებული ფუნქციური სიცოცხლის ხანგრძლივობა საშუალებას იძლევა უფრო პროგნოზირებადი ინ ვიტრო მოდელები წამლების მეტაბოლიზმის, ჰეპატოტოქსიურობის შეფასებისა და ღვიძლის ქრონიკული დაავადების კვლევისთვის.

2. გაძლიერებული ფიზიოლოგიური შესაბამისობა

3D ჰეპატოციტების სფეროიდული კულტურის ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობაა მისი უნარი აღადგინოს მშობლიური ღვიძლის მიკროგარემოს ძირითადი მახასიათებლები. ვრცელი უჯრედის/უჯრედის ურთიერთქმედების და სამგანზომილებიანი არქიტექტურის მსგავსი ქსოვილის ფორმირების გზით, სფეროიდები ქმნიან ფიზიოლოგიურად შესაბამის ჟანგბადის და საკვები ნივთიერებების გრადიენტებს ღვიძლის პოლარობისა და უჯრედული ფუნქციის შენარჩუნებისას. შედეგად, პირველადი ჰეპატოციტები ავლენენ მეტაბოლურ აქტივობებს, რომლებიც უფრო ჰგავს in vivo-ს დაკვირვებას, რაც იწვევს წამლის მეტაბოლიზმის, ღვიძლის ფუნქციის და წამლისმიერი ღვიძლის დაზიანების (DILI) გაუმჯობესებულ პროგნოზირებას ჩვეულებრივ 2D მონოფენიან კულტურებთან შედარებით.

3. აპლიკაციები ნარკოტიკების აღმოჩენასა და ღვიძლის კვლევაში

პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდების გაძლიერებულმა ფიზიოლოგიურმა შესაბამისობამ და ხანგრძლივმა ფუნქციურმა სტაბილურობამ ისინი გახადა ღირებული ინსტრუმენტები ბიოსამედიცინო კვლევის ფართო სპექტრში. ისინი ფართოდ გამოიყენება წამლების მეტაბოლიზმსა და ფარმაკოკინეტიკურ კვლევებში, ჰეპატოტოქსიურობის შეფასებაში, DILI პროგნოზირებაში, CYP ინდუქციისა და ინჰიბირების ანალიზებში და მეტაბოლური სტაბილურობის ტესტებში. გარდა ამისა, ჰეპატოციტების სფეროიდები უზრუნველყოფენ მძლავრ ინ ვიტრო მოდელებს ღვიძლის დაავადებების გამოსაკვლევად, მათ შორის არაალკოჰოლური სტეატოჰეპატიტის (NASH), ღვიძლის ფიბროზისა და ვირუსული ჰეპატიტის ჩათვლით. მათი უნარი, უკეთ აღადგინონ ადგილობრივი ღვიძლის ფიზიოლოგია, ასევე მათ შესაფერისს ხდის ზუსტი მედიცინის, რეგენერაციული მედიცინისა და სხვა მოწინავე მთარგმნელობითი კვლევის აპლიკაციებისთვის.

საიმედო 3D ჰეპატოციტების სფეროიდების შექმნა

3D სფეროიდების წარმატებული კულტურა დამოკიდებულია სამ ძირითად კომპონენტზე:

1. მაღალი ხარისხის პირველადი ჰეპატოციტები

უჯრედის ხარისხი პირდაპირ განსაზღვრავს სფეროიდის მორფოლოგიას, სიცოცხლისუნარიანობას და გრძელვადიან ფუნქციას.

IPHASE უზრუნველყოფს მაღალი სიცოცხლისუნარიანობის კრიოკონსერვებულ პირველად ჰეპატოციტებს მრავალი სახეობიდან, მათ შორის:

• პირველადი ადამიანის ჰეპატოციტები
• მაიმუნის პირველადი ჰეპატოციტები
• პირველადი ძაღლის ჰეპატოციტები
• ვირთხის პირველადი ჰეპატოციტები
• თაგვის პირველადი ჰეპატოციტები

ყველა ჰეპატოციტი გადის ხარისხის მკაცრ კონტროლს, რათა უზრუნველყოს მაღალი სიცოცხლისუნარიანობა, თანმიმდევრული შესრულება და სერიული ჯგუფური გამეორება.

2. ოპტიმიზებული 3D კულტურის მედია

სპეციალიზებული მედია აუცილებელია როგორც სფეროიდების ფორმირებისთვის, ასევე გრძელვადიანი შენარჩუნებისთვის.

IPHASE სამუშაო პროცესი მოიცავს:

• ჰეპატოციტების დათბობის საშუალო
• ჰეპატოციტების 3D სფეროიდების ფორმირების საშუალო
• ჰეპატოციტების 3D სფეროიდების შესანარჩუნებელი საშუალება

ეს მედია მხარს უჭერს ეფექტურ აგრეგაციას, ხოლო ღვიძლის ფუნქციის შენარჩუნებას კულტურის გახანგრძლივებული პერიოდის განმავლობაში.

3. Ultra-დაბალი მიმაგრების კულტურის ფირფიტები

სფეროიდების საიმედო ფორმირება მოითხოვს კულტურულ ჭურჭელს, რომელიც ხელს უშლის უჯრედების ადჰეზიას.

IPHASE Ultra-დაბალი მიმაგრების კულტურული ფირფიტები საშუალებას აძლევს ჰეპატოციტებს დამოუკიდებლად შეიკრიბონ ერთგვაროვან სფეროიდებად, უჯრედგარე მატრიქსის საფარების საჭიროების გარეშე, რაც უზრუნველყოფს შესანიშნავ კონსისტენციას რუტინული ლაბორატორიული სამუშაოებისთვის.

ექსპერიმენტული დადასტურება

ცინომოლგუს მაიმუნის პირველადი ჰეპატოციტების გამოყენებით, IPHASE წარმატებით დაადგინა სტაბილური 3D ღვიძლის სფეროიდები შვიდი დღის განმავლობაში მისი ოპტიმიზებული კულტურის სისტემის გამოყენებით(სურათი 1 და 2).

სურათი 1. წარმომადგენლობითი 3D სფეროიდები გენერირებული IPHASE პირველადი Cynomolgus Monkey ჰეპატოციტებიდან (პარტია K0125E069).

სურათი 2. წარმომადგენლობითი 3D სფეროიდები გენერირებული IPHASE პირველადი ცინომოლგუს მაიმუნის ჰეპატოციტებიდან (პარტია K0124E022).

IPHASE 3D პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდების კულტურის სისტემის მუშაობის შემდგომი დასადასტურებლად, პირველადი ჰეპატოციტები მრავალი სახეობიდან კულტივირებული იყო იმავე სტანდარტიზებული სამუშაო ნაკადის გამოყენებით, მათ შორის cynomolgus მაიმუნი (ლოტი K0125E086), ბიგლ ძაღლი (ლოტი B0125H018) და Sprague he-Dawley. ალბუმინის სეკრეცია კულტურის სუპერნატანტში გაზომილი იყო სფეროიდული კულტურის 7 დღის შემდეგ, როგორც ღვიძლის აქტივობის ფუნქციური მაჩვენებელი (სურათი 1). სამივე სახეობამ წარმატებით ჩამოაყალიბა სტაბილური სფეროიდები და შეინარჩუნა შესამჩნევი ალბუმინის წარმოება, რაც აჩვენებს IPHASE 3D კულტურის პლატფორმის გამძლეობასა და რეპროდუქციულობას ცხოველთა სხვადასხვა მოდელებში.

სფეროიდების გრძელვადიანი ფუნქციონალური სტაბილურობის შესაფასებლად, ცინომოლგუს მაიმუნის ჰეპატოციტები (პარტია K0124E022) კულტივირებული იყო 21 დღემდე. ალბუმინის სეკრეცია შეფასდა მრავალჯერადი დროის მომენტში მთელი კულტურის პერიოდის განმავლობაში (სურათი 2). ალბუმინის მდგრადი წარმოება გრძელვადიანი კულტურის დროს მიუთითებს, რომ IPHASE 3D სფეროიდური სისტემა ეფექტურად ინარჩუნებს ღვიძლის სპეციფიკურ ფუნქციებს, მხარს უჭერს მის გამოყენებას ქრონიკული ტოქსიკურობის კვლევებში, წამლების მეტაბოლიზმში და ღვიძლის დაავადების გრძელვადიან მოდელირებაში.

სურათი 1. ალბუმინის სეკრეცია 3D სფეროიდებით, წარმოქმნილი სხვადასხვა სახეობის პირველადი ჰეპატოციტებიდან კულტივირების 7 დღის შემდეგ.
სურათი 2. ალბუმინის სეკრეცია ცინომოლგუს მაიმუნის პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდებით კულტივირებული 7 და 21 დღის განმავლობაში.
IPHASE სრული გადაწყვეტა ღვიძლის 3D მოდელებისთვის

მოწინავე 3D უჯრედების კულტურასა და ორგანოიდების კვლევაზე მზარდი მოთხოვნის მხარდასაჭერად, IPHASE უზრუნველყოფს ინტეგრირებულ სამუშაო პროცესს ჰეპატოციტების სფეროიდული კულტურისთვის, მათ შორის:

• კრიოკონსერვირებული პირველადი ადამიანის ჰეპატოციტები
• მაიმუნის პირველადი ჰეპატოციტები
• პირველადი ძაღლის ჰეპატოციტები
• ვირთხის პირველადი ჰეპატოციტები
• თაგვის პირველადი ჰეპატოციტები
• ჰეპატოციტების დათბობის საშუალო
• ჰეპატოციტების 3D სფეროიდების ფორმირების საშუალო
• ჰეპატოციტების 3D სფეროიდების შესანარჩუნებელი საშუალება
• Ultra-დაბალი მიმაგრების კულტურის ფირფიტები

ეს პროდუქტები საშუალებას აძლევს მკვლევარებს ჩამოაყალიბონ ღვიძლის სფეროიდების ძლიერი და რეპროდუცირებადი მოდელები წამლების აღმოჩენის, ტოქსიკოლოგიის, დაავადების მოდელირებისა და ტრანსლაციის კვლევისთვის.

დასკვნა

რამდენადაც მარეგულირებელი სააგენტოები სულ უფრო მეტად ამხნევებენ ადამიანთა- შესაბამისი ტესტირების სტრატეგიებს, 3D პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდული კულტურა ხდება შეუცვლელი პლატფორმა ღვიძლის თანამედროვე კვლევისთვის.

ღვიძლის ფენოტიპის შენარჩუნებით, ფიზიოლოგიური შესაბამისობის გაუმჯობესებით და გრძელვადიანი ფუნქციური კვლევების ხელშეწყობით, პირველადი ჰეპატოციტების სფეროიდები ახდენენ უფსკრული უჯრედების ჩვეულებრივ კულტურასა და in vivo ბიოლოგიას შორის.

მაღალი ხარისხის პირველადი ჰეპატოციტებით, ოპტიმიზებული კულტურული მედიით და სპეციალიზებული Ultra-Low Attachment კულტურის ფირფიტებით, IPHASE მკვლევრებს სთავაზობს სრულ გადაწყვეტას რეპროდუცირებადი, მაღალი ხარისხის 3D ღვიძლის მოდელების შესაქმნელად, რომლებიც აჩქარებს წამლების აღმოჩენას და ბიოსამედიცინო კვლევას.