Ключові слова:Органоїд, 3D-культивування, 3D-сфероїдна культура, 3D-культура клітин, первинні гепатоцити, первинні гепатоцити людини, первинні гепатоцити мавпи, первинні гепатоцити собаки, первинні гепатоцити щура, первинні гепатоцити миші, культуральна пластина з ультра-низьким прикріпленням

Продукти IPHASE

вступ

Швидка еволюція технологій Organoid і 3D-культивування клітин трансформує доклінічні дослідження. Оскільки фармацевтичні компанії прагнуть до більшої прогнозованостіпробірка модКрім того, традиційна двовимірна (2D) культура клітин все частіше замінюється фізіологічно відповідними 3D системами культивування.

Важливою віхою став квітень 2025 року, коли FDA США оголосило про плани скоротити вимоги до тестування на тваринах для оцінки безпеки моноклональних антитіл під час encoспонукання до впровадження методологій нового підходу (NAM), включаючи органоїди та вдосконалені моделі людських клітин. Ця зміна політики підкреслює зростаючу важливість систем in vitro для розробки ліків.

Серед цих технологій первинна тривимірна культура сфероїдів гепатоцитів стала однією з найбільш практичних і широко поширених моделей печінки. Дозволяючи первинним гепатоцитам самозбиратися в тривимірні сфероїди, дослідники можуть зберігати специфічні функції печінки протягом тривалого періоду часу, одержуючи більше прогнозних даних для дослідження метаболізму ліків, гепатотоксичності та захворювань печінки.

Що таке органоїди печінки та сфероїди гепатоцитів?

Органоїди — це тривимірні багатоклітинні структури, отримані зі стовбурових клітин, які повторюють ключові архітектурні та функціональні характеристики нативних органів. Органоїди печінки продемонстрували величезний потенціал у регенеративній медицині, моделюванні захворювань та персоналізованій терапії.

Порівняно з органоїдами, отриманими зі стовбурових клітин, первинні сфероїди гепатоцитів представляють простішу форму тривимірної культури сфероїдів, яка добре відтворюється. Замість того, щоб вимагати складних позаклітинних матриць або протоколів диференціації, щойно ізольовані первинні гепатоцити спонтанно агрегують в умовах ультра-низького прикріплення, щоб утворити компактні багатоклітинні сфероїди, зберігаючи основні печінкові фенотипи.

Цей простий підхід зробив сфероїди гепатоцитів однією з найбільш широко використовуваних моделей печінки для фармацевтичних досліджень.

Чому 3D-культура перевершує звичайну 2D-культуру

Первинні гепатоцити швидко втрачають свій диференційований фенотип при культивуванні у вигляді звичайних моношарів. Протягом лише кількох днів багато специфічних функцій печінки різко знижуються, зокрема: активність ферменту цитохрому P450、секреція альбуміну、метаболізм жовчних кислот、експресія транспортера ліків、клітинна полярність. Ці обмеження зменшують прогностичну цінність традиційних двовимірних культур для довгострокових досліджень токсичності.

Навпаки, тривимірна сфероїдна культура відтворює критичні клітинні взаємодії та архітектуру мікросередовища, виявлені в нативній тканині печінки. Отримані сфероїди демонструють покращену фізіологічну релевантність завдяки покращеній комунікації клітин, градієнтам кисню, дифузії поживних речовин і підтримці поляризації печінки.

Отже, первинні сфероїди гепатоцитів підтримують стабільні функції печінки протягом тижнів, а не днів, що робить їх особливо цінними для досліджень хронічного впливу ліків.

Переваги первинної 3D сфероїдної культури гепатоцитів

1. Довгострокова функціональна стабільність

Ключовою перевагою 3D первинної культури сфероїдів гепатоцитів є тривале збереження специфічних функцій печінки. Сприяючи широкій взаємодії між клітинами та відтворюючи більш фізіологічно релевантне мікросередовище, сфероїди зберігають критичні характеристики печінки, які швидко втрачаються у звичайних 2D культурах. За оптимізованих умов первинні сфероїди гепатоцитів підтримують стабільне вироблення альбуміну, активність ферменту CYP450, метаболізм фази I та фази II та експресію транспортера ліків протягом більше 21 дня. Цей подовжений функціональний термін служби дозволяє створювати більш прогностичні моделі in vitro для метаболізму ліків, оцінки гепатотоксичності та дослідження хронічних захворювань печінки.

2. Підвищена фізіологічна релевантність

Однією з головних переваг тривимірної культури сфероїдів гепатоцитів є її здатність відтворювати ключові особливості нативного мікрооточення печінки. Завдяки широкій взаємодії між клітинами та утворенню тривимірної архітектури, схожої на тканину, сфероїди встановлюють фізіологічно релевантні градієнти кисню та поживних речовин, зберігаючи при цьому полярність печінки та клітинну функцію. У результаті первинні гепатоцити демонструють метаболічну активність, яка більше нагадує ті, які спостерігаються in vivo, що призводить до покращеного прогнозування метаболізму ліків, функції печінки та медикаментозного-індукованого ураження печінки (DILI) порівняно зі звичайними 2D моношаровими культурами.

3. Застосування у відкритті ліків та дослідженні печінки

Підвищена фізіологічна релевантність і довгострокова функціональна стабільність первинних сфероїдів гепатоцитів зробили їх цінними інструментами для широкого спектру застосувань біомедичних досліджень. Вони широко використовуються в метаболізмі лікарських засобів і фармакокінетичних дослідженнях, оцінці гепатотоксичності, прогнозуванні DILI, аналізах індукції та інгібування CYP і тестуванні метаболічної стабільності. Крім того, сфероїди гепатоцитів забезпечують надійні моделі in vitro для дослідження захворювань печінки, включаючи неалкогольний стеатогепатит (НАСГ), фіброз печінки та вірусний гепатит. Їхня здатність краще повторювати фізіологію печінки також робить їх дуже придатними для прецизійної медицини, регенеративної медицини та інших передових трансляційних досліджень.

Створення надійних тривимірних сфероїдів гепатоцитів

Успішна культура 3D-сфероїдів залежить від трьох основних компонентів:

1. Високоякісні первинні гепатоцити

Якість клітин безпосередньо визначає сфероїдну морфологію, життєздатність і довгострокову функцію.

IPHASE забезпечує високо-життєздатні кріоконсервовані первинні гепатоцити багатьох видів, включаючи:

• Первинні гепатоцити людини
• Первинні гепатоцити мавпи
• Первинні гепатоцити собаки
• Первинні гепатоцити щурів
• Первинні гепатоцити миші

Усі гепатоцити проходять суворий контроль якості, щоб забезпечити високу життєздатність, постійну продуктивність і відтворюваність від партії до партії.

2. Оптимізований 3D культуральний носій

Спеціалізовані середовища необхідні як для формування сфероїдів, так і для тривалого обслуговування.

Робочий процес IPHASE включає:

• Середовище розморожування гепатоцитів
• Середовище формування 3D сфероїдів гепатоцитів
• Hepatocyte 3D Spheroid Support Medium

Ці середовища підтримують ефективну агрегацію, зберігаючи функцію печінки протягом тривалих періодів культивування.

3. Культуральні пластини Ultra-Low Attachment

Надійне формування сфероїдів вимагає культуральних судин, які запобігають адгезії клітин.

Культуральні планшети IPHASE Ultra-Low Attachment Plate дозволяють гепатоцитам самостійно -збиратися в однорідні сфероїди, не вимагаючи покриттів позаклітинної матриці, забезпечуючи відмінну консистенцію для звичайних лабораторних робочих процесів.

Експериментальна перевірка

Використовуючи первинні гепатоцити яванської мавпи, IPHASE успішно створив стабільні тривимірні сфероїди печінки протягом семи днів за допомогою оптимізованої системи культивування.(Малюнок 1 і 2).

Малюнок 1. Репрезентативні 3D-сфероїди, створені з IPHASE первинних гепатоцитів мавпи Cynomolgus (лот K0125E069).

Рисунок 2. Репрезентативні 3D-сфероїди, створені з IPHASE первинних гепатоцитів мавпи Cynomolgus (лот K0124E022).

Для подальшої перевірки ефективності первинної сфероїдної системи культивування гепатоцитів IPHASE 3D первинні гепатоцити кількох видів культивували з використанням того самого стандартизованого робочого процесу, включаючи гепатоцити яванської мавпи (лот K0125E086), собаки бігля (лот B0125H018) і гепатоцити щура Sprague-Dawley. Секрецію альбуміну в супернатанті культури вимірювали через 7 днів культивування сфероїдів як функціональний показник печінкової активності (рис. 1). Усі три види успішно сформували стабільні сфероїди та підтримували виявлене виробництво альбуміну, демонструючи надійність і відтворюваність культуральної платформи IPHASE 3D на різних моделях тварин.

Щоб оцінити довготривалу функціональну стабільність сфероїдів, гепатоцити яванських мавп (лот K0124E022) культивували протягом 21 дня. Секрецію альбуміну оцінювали в кілька моментів часу протягом періоду культивування (рис. 2). Постійне вироблення альбуміну під час тривалого культивування вказує на те, що сфероїдна система IPHASE 3D ефективно зберігає специфічні функції печінки, підтримуючи її застосування в дослідженнях хронічної токсичності, метаболізму ліків і моделюванні тривалого захворювання печінки.

Рисунок 1. Секреція альбуміну тривимірними сфероїдами, отриманими з первинних гепатоцитів різних видів після 7 днів культивування.
Рисунок 2. Секреція альбуміну первинними сфероїдами гепатоцитів яванських мавп, культивованих протягом 7 і 21 дня.
Комплексне рішення IPHASE для 3D моделей печінки

Щоб підтримати зростаючий попит на просунуту 3D культуру клітин і дослідження органоїдів, IPHASE забезпечує інтегрований робочий процес для культури сфероїдів гепатоцитів, включаючи:

• Кріоконсервовані первинні гепатоцити людини
• Первинні гепатоцити мавпи
• Первинні гепатоцити собаки
• Первинні гепатоцити щурів
• Первинні гепатоцити миші
• Середовище розморожування гепатоцитів
• Середовище формування 3D сфероїдів гепатоцитів
• Hepatocyte 3D Spheroid Support Medium
• Культуральні пластини Ultra-Low Attachment

Ці продукти дозволяють дослідникам створювати надійні та відтворювані сфероїдні моделі печінки для відкриття ліків, токсикології, моделювання захворювань і трансляційних досліджень.

Висновок

Оскільки регуляторні органи все більше заохочують відповідні стратегії тестування на людях, 3D первинна сфероїдна культура гепатоцитів стає незамінною платформою для сучасних досліджень печінки.

Зберігаючи печінковий фенотип, покращуючи фізіологічну релевантність і підтримуючи довгострокові функціональні дослідження, первинні сфероїди гепатоцитів долають розрив між традиційною клітинною культурою та біологією in vivo.

З високоякісними первинними гепатоцитами, оптимізованими культуральними середовищами та спеціалізованими культуральними планшетами Ultra-Low Attachment, IPHASE пропонує дослідникам повне рішення для побудови відтворюваних, високопродуктивних 3D-моделей печінки, які прискорюють відкриття ліків і біомедичні дослідження.