Ключевые слова:Органоид, 3D-культивирование, 3D-сфероидная культура, 3D-культура клеток, Первичные гепатоциты, Первичные гепатоциты человека, Первичные гепатоциты обезьяны, Первичные гепатоциты собаки, Первичные гепатоциты крысы, Первичные гепатоциты мыши, Культуральная пластинка со сверх-низким прикреплением

Продукты IPHASE

Введение

Быстрое развитие технологий органоидов и 3D-культур клеток меняет доклинические исследования. Поскольку фармацевтические компании стремятся к большей прогнозируемости ввитро модКроме того, традиционная двумерная (2D) культура клеток все чаще заменяется физиологически значимыми системами трехмерного культивирования.

Важной вехой стал апрель 2025 года, когда FDA США объявило о планах снизить требования к испытаниям на животных для оценки безопасности моноклональных антител,призывать к принятию методологий нового подхода (NAM), включая органоиды и передовые модели на основе клеток человека. Этот сдвиг в политике подчеркивает растущую важность систем in vitro, соответствующих человеку, для разработки лекарств.

Среди этих технологий 3D-сфероидная культура первичных гепатоцитов стала одной из наиболее практичных и широко распространенных моделей печени. Позволяя первичным гепатоцитам самособираться в трехмерные сфероиды, исследователи могут сохранять специфические функции печени в течение длительных периодов времени, одновременно получая более прогностические данные для исследований метаболизма лекарств, гепатотоксичности и заболеваний печени.

Что такое органоиды печени и сфероиды гепатоцитов?

Органоиды — это трехмерные многоклеточные структуры, полученные из стволовых клеток, повторяющие ключевые архитектурные и функциональные характеристики нативных органов. Органоиды печени продемонстрировали огромный потенциал в регенеративной медицине, моделировании заболеваний и персонализированной терапии.

По сравнению с органоидами, полученными из стволовых клеток, первичные сфероиды гепатоцитов представляют собой более простую и высоковоспроизводимую форму 3D-сфероидной культуры. Вместо того, чтобы требовать сложных внеклеточных матриц или протоколов дифференцировки, свежевыделенные первичные гепатоциты спонтанно агрегируют в условиях сверхнизкого прикрепления с образованием компактных многоклеточных сфероидов, сохраняя при этом существенные печеночные фенотипы.

Этот простой подход сделал сфероиды гепатоцитов одной из наиболее широко используемых моделей печени для фармацевтических исследований.

Почему 3D-культура превосходит традиционную 2D-культуру

Первичные гепатоциты быстро теряют свой дифференцированный фенотип при культивировании в виде обычных монослоев. Всего за несколько дней многие специфические функции печени резко ухудшаются, в том числе: активность фермента цитохрома P450, секреция альбумина, метаболизм желчных кислот, экспрессия переносчиков лекарств, полярность клеток. Эти ограничения снижают прогностическую ценность традиционных 2D-культур для долгосрочных исследований токсичности.

Напротив, 3D сфероидная культура воссоздает критические взаимодействия клеток и клеток и архитектуру микроокружения, обнаруженную в нативной ткани печени. Полученные сфероиды демонстрируют улучшенную физиологическую значимость за счет улучшения межклеточной коммуникации, градиентов кислорода, диффузии питательных веществ и поддержания поляризации печени.

Следовательно, первичные сфероиды гепатоцитов поддерживают стабильные функции печени в течение недель, а не дней, что делает их особенно ценными для исследований хронического воздействия лекарств.

Преимущества первичной 3D-сфероидной культуры гепатоцитов

1. Долгосрочная функциональная стабильность.

Ключевым преимуществом 3D-культуры первичных сфероидов гепатоцитов является долгосрочное сохранение специфических функций печени. Способствуя обширному межклеточному взаимодействию и воссоздавая более физиологически значимое микроокружение, сфероиды сохраняют важные печеночные характеристики, которые быстро теряются в традиционных 2D-культурах. В оптимизированных условиях первичные сфероиды гепатоцитов поддерживают стабильное производство альбумина, активность фермента CYP450, метаболизм фазы I и фазы II, а также экспрессию переносчика лекарственного средства в течение более 21 дня. Этот расширенный функциональный срок службы позволяет более прогнозировать модели in vitro для метаболизма лекарств, оценки гепатотоксичности и исследований хронических заболеваний печени.

2. Повышенная физиологическая значимость.

Одним из основных преимуществ 3D-культуры сфероидов гепатоцитов является ее способность воссоздавать ключевые особенности нативного микроокружения печени. Посредством обширных межклеточных взаимодействий и формирования тканеподобной трехмерной архитектуры сфероиды устанавливают физиологически значимые градиенты кислорода и питательных веществ, сохраняя при этом полярность печени и клеточную функцию. В результате первичные гепатоциты проявляют метаболическую активность, которая более близка к наблюдаемой in vivo, что приводит к улучшению прогнозирования метаболизма лекарств, функции печени и повреждения печени, вызванного лекарствами (ЛПП), по сравнению с обычными 2D-монослойными культурами.

3. Применение в открытии лекарств и исследованиях печени.

Повышенная физиологическая значимость и долговременная функциональная стабильность сфероидов первичных гепатоцитов сделали их ценными инструментами в широком спектре биомедицинских исследований. Они широко используются в исследованиях метаболизма и фармакокинетики лекарств, оценке гепатотоксичности, прогнозировании ЛПП, анализах индукции и ингибирования CYP, а также тестировании метаболической стабильности. Кроме того, сфероиды гепатоцитов представляют собой надежные модели in vitro для исследования заболеваний печени, включая неалкогольный стеатогепатит (НАСГ), фиброз печени и вирусный гепатит. Их способность лучше воспроизводить нативную физиологию печени также делает их очень подходящими для точной медицины, регенеративной медицины и других передовых приложений трансляционных исследований.

Создание надежных 3D-сфероидов гепатоцитов

Успешная культура 3D-сфероидов зависит от трех основных компонентов:

1. Высококачественные первичные гепатоциты.

Качество клеток напрямую определяет морфологию сфероидов, их жизнеспособность и долгосрочную функцию.

IPHASE обеспечивает криоконсервированные высокожизнеспособные первичные гепатоциты различных видов, в том числе:

• Первичные гепатоциты человека
• Первичные гепатоциты обезьяны
• Первичные гепатоциты собак
• Первичные гепатоциты крысы
• Первичные гепатоциты мыши

Все гепатоциты проходят строгий контроль качества для обеспечения высокой жизнеспособности, стабильных характеристик и воспроизводимости от партии к партии.

2. Оптимизированные 3D-культурные среды.

Специализированные среды необходимы как для формирования сфероидов, так и для длительного поддержания.

Рабочий процесс IPHASE включает в себя:

• Среда для оттаивания гепатоцитов
• Среда для формирования гепатоцитов 3D сфероидов
• Среда для обслуживания гепатоцитов 3D Spheroid

Эти среды поддерживают эффективную агрегацию, сохраняя при этом функцию печени в течение длительного периода культивирования.

3. Культуральные планшеты со сверх-низкой степенью прикрепления.

Для надежного формирования сфероидов необходимы культуральные сосуды, предотвращающие адгезию клеток.

Культуральные планшеты IPHASE со сверхнизкой степенью прикрепления позволяют гепатоцитам самостоятельно собираться в однородные сфероиды без необходимости покрытия внеклеточным матриксом, обеспечивая превосходную консистенцию для рутинных лабораторных рабочих процессов.

Экспериментальная проверка

Используя первичные гепатоциты яванских макак, IPHASE успешно создала стабильные трехмерные сфероиды печени в течение семи дней, используя свою оптимизированную систему культивирования.(Рисунок 1 и 2).

Рисунок 1. Репрезентативные трехмерные сфероиды, полученные из первичных гепатоцитов яванского макака IPHASE (партия K0125E069).

Рисунок 2. Репрезентативные трехмерные сфероиды, полученные из первичных гепатоцитов яванского макака IPHASE (партия K0124E022).

Для дальнейшей проверки эффективности системы первичного сфероидного культивирования гепатоцитов IPHASE 3D первичные гепатоциты нескольких видов культивировали с использованием одного и того же стандартизированного рабочего процесса, включая гепатоциты яванского макак (партия K0125E086), гончей собаки (партия B0125H018) и гепатоциты крысы Sprague-Dawley. Секрецию альбумина в супернатанте культуры измеряли через 7 дней сфероидной культуры как функциональный индикатор активности печени (рис. 1). Все три вида успешно сформировали стабильные сфероиды и сохранили заметное производство альбумина, продемонстрировав надежность и воспроизводимость культуральной платформы IPHASE 3D на различных моделях животных.

Для оценки долгосрочной функциональной стабильности сфероидов гепатоциты яванского макака (партия K0124E022) культивировали в течение 21 дня. Секрецию альбумина оценивали в несколько точек времени на протяжении периода культивирования (рис. 2). Устойчивое производство альбумина во время длительного культивирования указывает на то, что сфероидная система IPHASE 3D эффективно сохраняет специфические функции печени, что подтверждает ее применение в исследованиях хронической токсичности, метаболизме лекарств и долгосрочном моделировании заболеваний печени.

Рисунок 1. Секреция альбумина трехмерными сфероидами, полученными из первичных гепатоцитов разных видов, после 7 дней культивирования.
Рисунок 2. Секреция альбумина сфероидами первичных гепатоцитов яванского макак, культивированных в течение 7 и 21 дня.
Комплексное решение IPHASE для 3D-моделей печени

Чтобы удовлетворить растущий спрос на передовые 3D-культуры клеток и исследования органоидов, IPHASE предоставляет интегрированный рабочий процесс для культуры сфероидов гепатоцитов, в том числе:

• Криоконсервированные первичные гепатоциты человека
• Первичные гепатоциты обезьяны
• Первичные гепатоциты собак
• Первичные гепатоциты крысы
• Первичные гепатоциты мыши
• Среда для оттаивания гепатоцитов
• Среда для формирования гепатоцитов 3D сфероидов
• Среда для обслуживания гепатоцитов 3D Spheroid
• Культуральные планшеты со сверх-низкой степенью прикрепления

Эти продукты позволяют исследователям создавать надежные и воспроизводимые модели сфероидов печени для разработки лекарств, токсикологии, моделирования заболеваний и трансляционных исследований.

Заключение

Поскольку регулирующие органы все чаще поощряют стратегии тестирования на людях, 3D первичная сфероидная культура гепатоцитов становится незаменимой платформой для современных исследований печени.

Сохраняя фенотип печени, улучшая физиологическую значимость и поддерживая долгосрочные функциональные исследования, первичные сфероиды гепатоцитов устраняют разрыв между традиционной клеточной культурой и биологией in vivo.

Благодаря высококачественным первичным гепатоцитам, оптимизированным культуральным средам и специализированным культуральным планшетам со сверхнизким прикреплением IPHASE предлагает исследователям комплексное решение для создания воспроизводимых, высокопроизводительных 3D-моделей печени, которые ускоряют разработку лекарств и биомедицинские исследования.