Trefwoorden:Organoïde, 3D-teelt, 3D-sferoïdencultuur, 3D-celcultuur, primaire hepatocyten, primaire menselijke hepatocyten, primaire apenhepatocyten, primaire hondenhepatocyten, primaire rattenhepatocyten, primaire muishepatocyten, cultuurplaat met ultralage hechting

IPHASE-producten

Introductie

De snelle evolutie van organoïde- en 3D-celcultuurtechnologieën transformeert preklinisch onderzoek. Nu farmaceutische bedrijven op zoek zijn naar meer voorspellende maatregelenvitro modAnders wordt de traditionele tweedimensionale (2D) celkweek steeds meer vervangen door fysiologisch relevante 3D-kweeksystemen.

Een belangrijke mijlpaal kwam in april 2025 toen de Amerikaanse FDA plannen aankondigde om de eisen voor dierproeven voor de veiligheidsevaluatie van monoklonale antilichamen te verminderen, terwijl encohet aanmoedigen van de adoptie van New Approach Methodologieën (NAM's), inclusief organoïden en geavanceerde op menselijke cellen gebaseerde modellen. Deze beleidsverandering benadrukt het groeiende belang van voor de mens relevante in vitro systemen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen.

Van deze technologieën is Primary Hepatocyte 3D Spheroid Culture een van de meest praktische en algemeen aanvaarde levermodellen geworden. Door primaire hepatocyten zichzelf te laten assembleren tot driedimensionale sferoïden, kunnen onderzoekers leverspecifieke functies gedurende langere perioden behouden, terwijl ze meer voorspellende gegevens verkrijgen over het geneesmiddelenmetabolisme, hepatotoxiciteit en onderzoek naar leverziekten.

Wat zijn leverorganoïden en hepatocytensferoïden?

Organoïden zijn driedimensionale meercellige structuren afgeleid van stamcellen die de belangrijkste architectonische en functionele kenmerken van inheemse organen samenvatten. Leverorganoïden hebben een enorm potentieel aangetoond in de regeneratieve geneeskunde, ziektemodellering en gepersonaliseerde therapieën.

Vergeleken met stamcel-afgeleide organoïden vertegenwoordigen primaire hepatocyt-sferoïden een eenvoudiger en zeer reproduceerbare vorm van 3D-sferoïdencultuur. In plaats van complexe extracellulaire matrices of differentiatieprotocollen te vereisen, aggregeren vers geïsoleerde primaire hepatocyten spontaan onder ultralage hechtingsomstandigheden om compacte meercellige sferoïden te vormen terwijl essentiële hepatische fenotypes behouden blijven.

Deze eenvoudige aanpak heeft van hepatocytensferoïden een van de meest gebruikte levermodellen voor farmaceutisch onderzoek gemaakt.

Waarom 3D-cultuur beter presteert dan conventionele 2D-cultuur

Primaire hepatocyten verliezen snel hun gedifferentieerde fenotype wanneer ze worden gekweekt als conventionele monolagen. Binnen slechts een paar dagen nemen veel leverspecifieke functies dramatisch af, waaronder: cytochroom P450-enzymactiviteit, albuminesecretie, galzuurmetabolisme, expressie van medicijntransporters, cellulaire polariteit. Deze beperkingen verminderen de voorspellende waarde van traditionele 2D-culturen voor toxiciteitsstudies op de lange termijn.

Daarentegen herschept de 3D-sferoïdencultuur kritische cel-cel-interacties en micro-omgevingsarchitectuur die wordt aangetroffen in natuurlijk leverweefsel. De resulterende sferoïden vertonen verbeterde fysiologische relevantie door verbeterde celcommunicatie, zuurstofgradiënten, diffusie van voedingsstoffen en behoud van hepatische polarisatie.

Bijgevolg behouden primaire hepatocytensferoïden een stabiele leverfunctie gedurende weken in plaats van dagen, waardoor ze bijzonder waardevol zijn voor onderzoeken naar chronische blootstelling aan geneesmiddelen.

Voordelen van primaire hepatocyten 3D-sferoïdencultuur

1. Functionele stabiliteit op lange termijn

Een belangrijk voordeel van de 3D-cultuur van primaire hepatocytensferoïden is het behoud op lange termijn van leverspecifieke functies. Door uitgebreide cel-cel-interacties te bevorderen en een meer fysiologisch relevante micro-omgeving te creëren, behouden sferoïden kritische leverkenmerken die snel verloren gaan in conventionele 2D-culturen. Onder geoptimaliseerde omstandigheden behouden primaire hepatocytensferoïden een stabiele albumineproductie, CYP450-enzymactiviteit, Fase I- en Fase II-metabolisme en medicijntransporter-expressie gedurende meer dan 21 dagen. Deze langere functionele levensduur maakt meer voorspellende in vitro modellen mogelijk voor het metabolisme van geneesmiddelen, de beoordeling van hepatotoxiciteit en onderzoek naar chronische leverziekten.

2. Verbeterde fysiologische relevantie

Een van de belangrijkste voordelen van de 3D-hepatocyten-sferoïdencultuur is het vermogen om de belangrijkste kenmerken van de oorspronkelijke micro-omgeving van de lever na te bootsen. Door uitgebreide cel-cel-interacties en de vorming van weefsel-achtige drie-dimensionale architectuur brengen sferoïden fysiologisch relevante zuurstof- en voedingsgradiënten tot stand, terwijl de leverpolariteit en cellulaire functie behouden blijven. Als gevolg hiervan vertonen primaire hepatocyten metabolische activiteiten die meer lijken op de activiteiten die in vivo worden waargenomen, wat leidt tot een betere voorspelling van het geneesmiddelmetabolisme, de leverfunctie en door geneesmiddelen geïnduceerde leverbeschadiging (DILI) in vergelijking met conventionele 2D-monolaagculturen.

3. Toepassingen bij het ontdekken van geneesmiddelen en leveronderzoek

De verbeterde fysiologische relevantie en functionele stabiliteit op lange termijn van primaire hepatocytensferoïden hebben ze tot waardevolle hulpmiddelen gemaakt voor een breed scala aan biomedische onderzoekstoepassingen. Ze worden veelvuldig gebruikt in onderzoeken naar het geneesmiddelmetabolisme en farmacokinetiek, beoordeling van hepatotoxiciteit, DILI-voorspelling, testen op CYP-inductie en -remming en testen van de metabolische stabiliteit. Bovendien bieden hepatocytensferoïden robuuste in vitro modellen voor het onderzoeken van leverziekten, waaronder niet-alcoholische steatohepatitis (NASH), leverfibrose en virale hepatitis. Hun vermogen om de inheemse leverfysiologie beter te recapituleren, maakt ze ook zeer geschikt voor precisiegeneeskunde, regeneratieve geneeskunde en andere geavanceerde translationele onderzoekstoepassingen.

Betrouwbare 3D-hepatocytensferoïden bouwen

Succesvolle 3D-sferoïdencultuur is afhankelijk van drie essentiële componenten:

1. Primaire hepatocyten van hoge kwaliteit

De celkwaliteit bepaalt rechtstreeks de morfologie, de levensvatbaarheid en de langetermijnfunctie van de sferoïden.

IPHASE levert gecryopreserveerde primaire hepatocyten met hoge levensvatbaarheid van meerdere soorten, waaronder:

• Primaire menselijke hepatocyten
• Primaire apenhepatocyten
• Primaire hondenhepatocyten
• Primaire rattenhepatocyten
• Primaire muizenhepatocyten

Alle hepatocyten ondergaan strikte kwaliteitscontrole om een ​​hoge levensvatbaarheid, consistente prestaties en batch-tot-batch reproduceerbaarheid te garanderen.

2. Geoptimaliseerde 3D-cultuurmedia

Gespecialiseerde media zijn essentieel voor zowel de vorming van sferoïden als het onderhoud op lange termijn.

De IPHASE-workflow omvat:

• Hepatocytenontdooimedium
• Hepatocyt 3D-sferoïdevormingsmedium
• Hepatocyten 3D Sferoïde Onderhoudsmedium

Deze media ondersteunen efficiënte aggregatie terwijl de leverfunctie gedurende langere kweekperioden behouden blijft.

3. Cultuurplaten met ultra-lage bevestiging

Voor een betrouwbare vorming van sferoïden zijn kweekvaten nodig die celadhesie voorkomen.

IPHASE Ultra-Low Attachment-kweekplaten zorgen ervoor dat hepatocyten zichzelf kunnen assembleren tot uniforme sferoïden zonder dat extracellulaire matrixcoatings nodig zijn, waardoor een uitstekende consistentie wordt geboden voor routinematige laboratoriumworkflows.

Experimentele validatie

Met behulp van primaire hepatocyten van cynomolgus-aap heeft IPHASE binnen zeven dagen met succes stabiele 3D-leversferoïden tot stand gebracht met behulp van het geoptimaliseerde kweeksysteem(Figuur 1&2).

Figuur 1. Representatieve 3D-sferoïden gegenereerd op basis van IPHASE Primary Cynomolgus Monkey Hepatocytes (partij K0125E069).

Figuur 2. Representatieve 3D-sferoïden gegenereerd op basis van IPHASE Primary Cynomolgus Monkey Hepatocytes (partij K0124E022).

Om de prestaties van het IPHASE 3D Primary Hepatocyte Spheroid Culture System verder te valideren, werden primaire hepatocyten van meerdere soorten gekweekt met behulp van dezelfde gestandaardiseerde workflow, waaronder cynomolgus-aap (partij K0125E086), beagle-hond (partij B0125H018) en Sprague - Dawley-rattenhepatocyten. De albuminesecretie in het supernatant van de cultuur werd gemeten na 7 dagen sferoïdencultuur als een functionele indicator van de leveractiviteit (Figuur 1). Alle drie de soorten vormden met succes stabiele sferoïden en handhaafden de detecteerbare albumineproductie, wat de robuustheid en reproduceerbaarheid van het IPHASE 3D-kweekplatform in verschillende diermodellen aantoont.

Om de functionele stabiliteit van de sferoïden op lange termijn te evalueren, werden hepatocyten van cynomolgus-aap (partij K0124E022) gedurende maximaal 21 dagen gekweekt. De albuminesecretie werd gedurende de gehele kweekperiode op meerdere tijdstippen beoordeeld (Figuur 2). De aanhoudende productie van albumine tijdens langetermijnkweek geeft aan dat het IPHASE 3D-sferoïdensysteem effectief leverspecifieke functies behoudt, wat de toepassing ervan ondersteunt in onderzoeken naar chronische toxiciteit, medicijnmetabolisme en lange termijn modellering van leverziekten.

Figuur 1. Albuminesecretie door 3D-sferoïden gegenereerd uit primaire hepatocyten van verschillende soorten na 7 dagen kweken.
Figuur 2. Albuminesecretie door primaire hepatocytsferoïden van cynomolgus-aap gekweekt gedurende 7 en 21 dagen.
IPHASE Complete oplossing voor 3D-levermodellen

Om de groeiende vraag naar geavanceerde 3D-celcultuur en organoïdenonderzoek te ondersteunen, biedt IPHASE een geïntegreerde workflow voor hepatocyten-sferoïdencultuur, waaronder:

• Gecryopreserveerde primaire menselijke hepatocyten
• Primaire apenhepatocyten
• Primaire hondenhepatocyten
• Primaire rattenhepatocyten
• Primaire muizenhepatocyten
• Hepatocytenontdooimedium
• Hepatocyt 3D-sferoïdevormingsmedium
• Hepatocyten 3D Sferoïde Onderhoudsmedium
• Ultra-Kweekplaten met lage bevestiging

Deze producten stellen onderzoekers in staat robuuste en reproduceerbare leversferoïdemodellen op te zetten voor de ontdekking van geneesmiddelen, toxicologie, ziektemodellering en translationeel onderzoek.

Conclusie

Nu regelgevende instanties in toenemende mate mensrelevante teststrategieën aanmoedigen, wordt 3D Primary Hepatocyte Spheroid Culture een onmisbaar platform voor modern leveronderzoek.

Door het hepatische fenotype te behouden, de fysiologische relevantie te verbeteren en functionele studies op lange termijn te ondersteunen, overbruggen primaire hepatocytensferoïden de kloof tussen conventionele celcultuur en in vivo biologie.

Met hoogwaardige primaire hepatocyten, geoptimaliseerde kweekmedia en gespecialiseerde cultuurplaten met ultralage hechting biedt IPHASE onderzoekers een complete oplossing voor het bouwen van reproduceerbare, hoogwaardige 3D-levermodellen die de ontdekking van geneesmiddelen en biomedisch onderzoek versnellen.