三维肝脏毒物筛查

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三维肝脏毒物筛查

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使用HepatoCells、球形微孔板和SCREEN-WELL® 肝脏毒理化合物库进行三维肝毒性筛查。

Albert Wong1, Jonathan Weinreich1, Alexandra Wolff1, Hilary Sherman2, Hannah J. Gitschier2, and David H. Randle Ph.D2

1Enzo Life Sciences, Farmingdale, NY, USA, 2Corning Incorporated, Life Sciences, Kennebunk, Maine USA

◆摘要

选择合适的药物筛选模型，对于预测哪些化合物可能会引起药物性肝损伤是极其重要的。在维持组织形态和功能特征方面，三维（3D）模型相对于传统的二维单层细胞培养有显著的提高，可更好地指示体外药物毒性。1 这里我们将展示如何结合使用HepatoCells（一种原代人肝细胞的永生化替代品）和圆底低细胞吸附微孔板，用于3D药物筛选，以发现潜在的肝毒素。将HepatoCells 形成的肝细胞球状体与使用替代的永生化肝细胞形成的球状体进行对比。利用Enzo SCREEN-WELL® 肝脏毒理化合物库（SCREEN-WELL® Hepatotoxicity Library），通过细胞活力、尿素和白蛋白评估肝细胞的肝毒性。

该库由238种化合物组成，具有多种结构和机理上不同的化合物类别，以及无毒对照。然后以剂量依赖性的方式评估在3D筛选中鉴定的选择命中物，其显著降低肝细胞的细胞活力，进行效价强度分析。


结果表明，结合HepatoCells 与圆底微孔板是3D肝毒性筛查强有力的工具。



◆球状尺寸优化


将HepatoCells、HepG2 细胞和HepaRG™ 三种不同来源的肝细胞以不同密度铺在384孔圆底微孔板上，随后进行筛选优化。使用50μL含有10%胎牛血清的HepatoCells 维持培养基培养HepatoCells和HepG2 细胞。使用William's培养基培养HepaRG细胞。 HepatoCells 和 HepG2每隔一天更换以无血清维持培养基换液。在第7天，将球状体裂解进行细胞核计数， 评估细胞活力或用4%多聚甲醛进行固定，进行冷冻切片和H&E染色（苏木精-伊红染色法）。在第7天加入Enzo SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库（Enzo Cat. No. BML-2851）和随后的效力分析化合物，再培养48小时。进行存活率分析前，采集培养基样品以对产生的白蛋白和尿素进行定量。使用人白蛋白的ELISA试剂盒对白蛋白的分泌进行定量。通过比色法分析尿素产生。



◆球状细胞形成



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图1. 对细胞铺板密度进行优化后，相对发光单位（RLU）与核计数的比率。选择铺板密度是为了获得用于筛选的高发光

　    信号，同时避免坏死核心形成。

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图2. HepatoCells、HepG2和HepaRG球状细胞分别以6000 cells/well、200 cells/well和6000 cells/well（40X）接种

　    7天后的代表性显微照片。



◆肝细胞球状体（Hepatospheres）的功能性


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图3. 培养7天后，分别对肝细胞进行H&E染色。

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图4. 培养7天后，分泌的白蛋白（左）和产生的尿素（右）。N= 12来自3项独立研究，***<0.0001（单因素方差分析与

　    Newman-Keuls多重比较测试）>


◆肝脏毒性筛查


每个细胞的代表性SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库的结果。粉红线是指无应答者的平均反应，蓝线是平均氯丙嗪（对照）反应，绿线以下是目标物质（>5σ低于缓冲效应）。

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筛选结果表明在所有三种细胞类型中观察到大量肝毒性的命中物，通过突出显示在每个图的绿线下方显示发光信号的化合物。值得注意的是， HepatoCells显示的信号窗口比HepaRG细胞大得多。HepatoCells，HepG2和HepaRG的Z'分别为0.79，0.57和0.80。



◆HIT分析


代表性的SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库来自4项独立的研究。如果>5σ在至少3个分屏中低于缓冲响应，则认为命中有效。


Corning HepatoCells

HepG2

HepaRG

脂质堆积

7

7

7

胆汁淤积的影响

6

8

7

线粒体毒性

6

7

4

有毒代谢物

3

5

5

马洛里小体形成

2

2

1

肝酶升高

22

25

16

抑制BSEP

2

3

1


◆所选点击数的效价分析


通过发光法3D细胞活力检测法对来自SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库的所选化合物进行效价分析。每个浓度N=16 wells。当以剂量依赖性方式评估时， HepatoCells对毒性化合物的敏感性与HepG2或HepaRG相同或更高。


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◆总结


●　低吸附圆底微孔板有96孔和384孔两种规格，可在每个孔中形成大小一致的单个球状体，是3D筛选的有力工具。

●　使用低吸附圆底微孔板3D培养的肝细胞可以进行组织学分析。

●　低吸附圆底微孔板可以在板中直接进行发光测定，无需转移步骤。

●　HepatoCells提供了一种理想的终末分化肝细胞替代常用的HepaRG细胞，为发光ATP检测提供了更大的检测窗口，可以进行筛选。

●　与HepG2和HepaRG细胞相比，HepatoCells在效力分析时显示出对已知肝毒素他莫昔芬、曲格列酮和尼卡地平更高或相当的灵敏度。

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