关于 NAFLD/NASH

非酒精性脂肪肝病 (NAFLD) 是全世界导致慢性肝脏疾病的最常见的原因之一。在西方国家，它影响了约20-30％的成年人。NAFLD 是在没有过量饮酒的情况下，由于饮食和生活方式而导致的肝脏中脂肪堆积的一系列代谢性疾病。大约有20％的被诊断为NAFLD的人继续发展为非酒精性脂肪性肝炎（NASH）， 伴随着脂肪变性、炎症、肝脏中免疫细胞的出现和胰岛素抵抗相关（图1）。如果不加以治疗，NASH可能会进一步发展为肝硬化或肝癌，对此，肝移植是目前可能的治疗干预措施之一（图1）。

模拟NAFLD/NASH疾病生理学

目前尚无批准用于NAFLD / NASH的疗法。这两种情况的临床试验都是资源密集型的，需要大量的研究人员和多年的时间来全面评估药物在患者中的功效和毒性。我们对NAFLD / NASH进展的分子通路的了解主要依赖于体内小鼠模型。但是，当前的任何小鼠模型都无法展示出NASH病理生理的全方位。传统的离体培养原代人肝细胞一直具有挑战性，几天后细胞就会失去表型和功能。这将NAFLD / NASH的体外研究局限于短期实验，通常使用永生化的肝细胞系。

英国的CN Bio Innovations 公司利用了灌流的器官芯片（Organ-On-Chip ,OOC ）PhysioMimix 平台开发了一种创新的NAFLD/NASH 实验模型。PhysioMimix OOC 可在一系列培养条件下进行先进的长时间体外肝脏培养以及进行不同阶段NAFLD/NASH疾病模型的构建。它利用CN Bio专有的肝芯片技术，可以在3D微组织结构中长期培养1个月以上的原代肝细胞。

图2:人源体外OOC NASH模型建立

A）体外模型使用PhysioMimix OOC细胞培养系统，B）开放的孔板设计，用于在工程化的支架中进行原代肝细胞的3D培养。实验过程中，在支架上连续灌流细胞培养基，提供生物力学刺激，同时促进营养和氧气的循环供应。C）利用这一设置可以通过 三种方法建立NASH模型：1）在高脂培养基中单独培养PHH细胞（单一培养），产生脂肪变性模型（Steatosis，无炎症或纤维化）；2）在高脂培养基中同时培养PHH、HK和HSC（共培养），产生包括纤维化和炎症的NASH表型；3）利用TGFbeta等外源因子可进一步增强模型的表型。PHH：Primary Human Hepatocyte，原代人肝脏细胞；HK:Human Kuffer，人枯否细胞; HSC: Hepatic stellate cells，肝星状细胞

图3:CN Bio NASH模型模拟临床NASH表型

在低脂和高脂饮食调节下，肝细胞、Kupffer和星状细胞的培养物可培养长达4周。

3A. 低脂和高脂条件下的脂肪含量通过显微组织的油红O染色测量，这也可以通过显微镜观察；3B. 通过在510 nm处的吸光度对脂肪含量进行定量，并与总细胞蛋白相比较以给出相对脂肪含量；3C. 在整个实验过程中，可以从细胞培养液灌洗液中测量各种炎症生物标志物的表达。图示为比较6种外源因子刺激后不同时间段的炎症因子表达；3D. 将PhysioMimix上构建的NASH模型的转录组谱与人类基因图谱数据库进行比对，以评估该体外NASH模型的代表性以及临床数据转化的一致性；3E. 共聚焦显微镜检查组织中纤维化标记物，用鬼笔环肽，α-SMA和I型胶原蛋白对培养物进行染色。图示了NAFLD（脂肪变性）和NASH表型的代表性图像；3F. 共聚焦纤维化成像的量化。（图片来源：Dr Samantha Peel,Discovery Sciences IMED Biotech Unit, AstraZeneca.）

该NASH模型涵盖了相关疾病的关键指标：细胞内脂肪积累（图3A、3B），炎症（图3C）和纤维化。 CN Bio模型的转录组图谱与人类NASH疾病组织的图谱非常一致（图3D）。该模型表明展示了一种可量化的纤维化表型，伴随有通过肝脏微组织存在的细胞外基质蛋白（图3E和3F）。疾病和细胞健康指标可在整个实验过程中通过对细胞培养液灌洗液，或去除支撑3D肝组织的工程支架，以获得组织块进行更深入的分析而获得。

为了验证该模型的可靠性，进一步使用具有临床相关剂量的奥贝胆酸（OCA）和Elafibranor（ELF）（NASH研发中的两种分子）针对该模型进行不同剂量的给药，引起的反应与真实人体临床试验中观察到的反应相似（图4）。

图4:Elafibranor在CN Bio NASH模型中降低炎症和纤维化

在高脂饮食条件下，将肝细胞，Kupffer 和星状细胞的共培养物暴露于不同浓度的Elafibranor中10天（每24小时重新给药）。

4A. 在NASH体外模型的Elafibranor治疗期间，各种细胞因子的表达随时间降低；4B.在Elafibranor在NASH体外模型中的作用后，纤维化标记物（例如α-SMA）的表达呈剂现量依赖性方式降低；4C.对3D微组织的的SMA染色进行共聚焦显微成像和定量分析。

CN-Bio PhysioMimix实验流程设计

CN Bio的NAFLD/NASH体外模型的实验在一种先进性、低成本且具有生理相关性的模型中，筛选和研究化合物对抗这种复杂的人类代谢疾病的作用机理。可以使用一系列的组学检测以及显微镜和生物标志物检测来监测疾病的进展，旨在帮助加速针对该慢性肝病的新疗法研究的进程。

CN Bio的器官芯片系统，包括PhysioMimix实验室台式仪器，使研究人员能够通过快速、且具有预测性的、基于人体组织的研究，在实验室中对人体生物学进行建模。该技术弥补了传统细胞培养与人体研究之间的鸿沟，朝着模拟人体生物学微环境的方向前进，以支持加速开发包括肿瘤学，传染病，新陈代谢和炎症在内的应用领域的新疗法。

CN Bio PhysioMimix 系列包括T1和M1两款微流控器官芯片系统，分别驱动单器官芯片模型和多器官芯片模型。每套系统标准配置包括：1）一台置于细胞培养箱外部的控制器；2）一台置于二氧化碳培养箱中的扩展底座；3）以及对应的三套微流控芯片板驱动器。

目前已经开发成熟的应用是在CN-Bio的单器官微流控芯片板LC12和T12，以及双器官微流控芯片板TL6上实现的。(点击如下芯片板图片查看详情)

                                            Physimimix LC12肝芯片板                                                    Physimimix T12屏障芯片板                                                        Physimimix TL6多器官芯片板

观看视频，直观了解CN Bio PysioMimix系统构造与工作原理

参考文献 

Disease Modelling/疾病模型

·        [Infectious disease] Ortega-Prieto AM et al. 3D microfluidic liver cultures as a physiological preclinical tool for hepatitis B virus infection. Nat Commun. 2018 Feb; 9:pp-pp.

·        [Diabetes and NASH] Kostrzewski T et al.Three-dimensional perfused human in vitro model of non-alcoholic fatty liver disease. World J Gastroenterol 2017; 23(2): 204-215

·        [Oncology] Wheeler SE et al. Spontaneous dormancy of metastatic breast cancer cells in an all human liver microphysiologic system. Br J Cancer 2014; 111(12): 2342-2350

Multi-Organ Systems/多器官系统

·        [2-Organs] Chen WL et al. Integrated Gut/ Liver Microphysiological Systems Elucidates Inflammatory Inter-Tissue Crosstalk. Biotechnology and Bioengineering, 2017;114 (11): 2648-2659

·        [2-Organs] Dalrymple A et al. The characterisation of a human two Organ-ona-Chip (lung-liver) system which has the potential to measure systemic responses in vitro. Poster presented at Society of Toxicology 57th Annual meeting; 2018 Mar 11-15: San Antonio, Texas.

·        [4/7/10-Organs] Edington et al. Interconnected Microphysiological Systems for Quantitative Biology and Pharmacology Studies. Sci Rep, 2018. IN PRESS

Drug Discovery/药物研发

·        [Drug Safety] Long TJ et al. Modeling Therapeutic Antibody-Small Molecule Drug-Drug Interactions Using a Three-Dimensional Perfusable Human Liver Coculture Platform. Drug Metab Dispos 2016; 44(12): 1940-1948

·        [Drug Metabolism] Vivares A et al. Morphological behaviour and metabolic capacity of cryopreserved human primary hepatocytes cultivated in a perfused multiwell device. Xenobiotica 2015; 45(1): 29-44

·        [Drug Metabolism] Tsamandouras N et al. Quantitative Assessment of Population Variability in Hepatic Drug Metabolism Using a Perfused Three-Dimensional Human Liver Microphysiological System. J Pharmacol Exp Ther 2017; 360(1): 95-105

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