基于微流控和3D打印技术构建的“节律同步”肝类器官

生物钟可以协调人类生化、生理和行为功能的日常节律。时间疗法涉及在昼夜节律的适当阶段进行药物递送，以达到最佳疗效或最小毒性。作为一种新兴工具，基于类器官的昼夜节律研究开始兴起。

近日，来自清华大学深圳国际研究生院的研究人员采用微流控技术和3D打印技术构建了一种名为“Chronotoxici-plate”的创新型系统：一个96孔板，上面装满了节律同步的液滴工程化原代肝脏器官组织（DPLO）。该系统可在4天内完成DPLO的建立。此外，研究人员采用隐花色素1（ Cry1）作为DPLO中的节律标记，并在一周内实现了对奥沙利铂的时间疗法毒性评估。相关工作以“Chronotoxici-Plate Containing Droplet-Engineered Rhythmic Liver Organoids for Drug Toxicity Evaluation”为题发表于国际知名期刊Advanced Science。

图1 Chronotoxici-plate构建过程示意图  

为了为昼夜节律研究和药物安全性评估提供快速有效的工具，研究人员使用从健康小鼠肝脏中分离的原代细胞在体外重建肝胆微组织以配制DPLO并单独生物打印到96孔板中。此外，研究人员在第4天使用血清休克（SS）处理来同步类器官的细胞阶段。

图2 在Chronotoxici-plate内培养DPLO

 

图3 Chronotoxici-plate中细胞节律的同步性验证

为了简化和加快对Chronotoxici-plate中DPLO节律性的评估，研究人员鉴定了DPLO中的节律标记，并利用蛋白质相互作用网络（PPI）分析揭示了所有时钟控制基因（CCG）之间的密切相互作用，特别是Cry1与其他基因之间的密切相互作用。同步后不同时间点的CCG表达分析显示，Cry1表达在对照组表达值附近振荡，并表现出与周期函数的最佳拟合。

图4 将Cry1鉴定为潜在的辅助诊断指标

奥沙利铂作为药物时间毒性的典型例子，在最初的开发过程中因毒性过高而止步于临床试验，但随后成功的时间治疗研究使奥沙利铂成为全球范围内癌症的主要治疗选择之一。为了评估Chronotoxici-plate中节律性DPLO对药物安全性评估的影响，研究人员在同步后的不同时间点用奥沙利铂处理Chronotoxici-plate 36小时。观察结果显示，不同给药时间的IC50值有十倍差异，其与临床试验的结论一致，表明奥沙利铂的毒性水平随给药时间的不同而变化。

图5 利用Chronotoxici-plate的节律性进行药物评估

综上所述，研究人员利用微流控技术和3D打印技术建立了具有节律同步性的“Chronotoxici-plate”。这一创新工具可在短短4天内完成昼夜节律药物的筛选，并在一周内完成全面的安全性评估。与传统动物模型相比，Chronotoxici-plates中的DPLO可以将时间疗法筛选效率提高1000倍以上，促进了更快速、更准确的药物筛选。

论文链接： https://doi.org/10.1002/advs.202305925   

 

审核编辑：刘清