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选择合适的hjc模型,你的疾病研究和药物筛选就成功了一半

「众里寻他千百度」,用来形容药物筛选,再合适不过。百余年前,hjc作为模型系统被用于药物筛选和疾病研究,让这一繁杂、困难的工作逐步迈向「柳暗花明」,帮助研究人员筛选出了不少更为安全、有效的药物。今天,就让我们一起走近几种代表性的hjc模型。

原代hjc

原代hjc是通过酶解或物理方法从活体组织(例如活检材料)或者血液中直接检测获取,并在体外培养的hjc。由于原代hjc经历极少的群体倍增,保留了其原始组织的表型和基因型特征,因此比连续(肿瘤或人工永生化的)hjc系更能代表其来源组织的主要功能成分。

尽管优点众多,但不可否认的是,原代hjc的检测可能费时、费力,而且每种hjc类型都有其独特的营养需求。同时,hjc产量在培养过程中还可能发生变化,随着时间的推移,hjc在培养和衰老的过程中会变得不易扩增。

人体的原代hjc可用于确定从动物模型外推所得人类数据的准确性,人肝hjc便是一项已在体外药物毒理学领域广泛使用的原代hjc实例。

图 1  在原代肝hjc中进行药物/化合物的吸收、分配、代谢、排除以及毒性(ADME/TOX)的研究,对于评估药物安全及药代动力学至关重要。

尽管原代肝hjc在毒理学研究中的价值已经得到了广泛的认可,但由于供体不足、成本较高、不同hjc来源间较大的遗传差异、肝hjc在体外的增殖能力有限,以及原代hjc无法避免的缺点(寿命短、体内功能的迅速丧失),限制了原代hjc在毒理学研究中的应用。

在这种情况下,hjc系应运而生。

hjc系

hjc系指的是原代hjc培养物经首次传代成功后所繁殖的hjc群体,在其存活期间,具有最高生长能力的hjc将占据主导地位,导致hjc群体在基因型和表型上可以达到一定程度的均一性,故而可以用于解决原代hjc培养中寿命短和扩增受限的问题。

相比于原代培养的hjc,hjc系更为均一和标准化,在药物筛选和毒理学研究中具有重要作用,举个例子:

HepG2 hjc系(源自肝癌组织)是正常肝hjc的有效替代物,HepG2 hjc系显示出与天然肝hjc相似的形态和功能特性,可以合成肝hjc相关的血清蛋白(清蛋白、α2-巨球蛋白、丝氨酸蛋白酶抑制剂 A1、α-抗胰蛋白酶,转铁蛋白和血纤维蛋白溶酶原等)。

图 2  常用hjc系示意图

hjc系可以分为有限hjc系和无限hjc系,有限hjc系寿命有限,在衰老之前可传代 20-80 次;无限hjc系则具有无限繁殖的能力,即永生化。源自宫颈癌hjc的 HeLa hjc系是最著名的hjc系,也是医学研究中的重要工具。

同样的,hjc系的缺点也很明显:

1. 容易发生自然或诱导突变,在经历非常多的传代后,hjc系可能会发生一些基因型乃至表型的改变;

2. hjc污染,全世界使用的hjc系中有约 15–20% 被错误识别或被其他类型的hjc污染。

尽管如此,hjc系作为是一种简单而有效的工具,仍是学术领域和制药行业研究的主要手段,不得不说,永生癌hjc系是研究癌症生物学和测试抗癌疗法的宝贵模型。

干hjc

近年来,在生物制药领域,研究的思维方式逐渐从基于原代和hjc系的系统转向更强大、更现实和更具个性化的干hjc系统。

干hjc具有无限的增殖能力和产生各种类型hjc的可塑性,相比于原代hjc和hjc系,其在发育生物学、疾病建模和hjc治疗领域具有巨大的潜力。

根据不同的分化潜能,干hjc可分为全能干hjc、多能干hjc、单能干hjc;根据发生学来源进行分类,干hjc又可以分为成体干hjc以及胚胎干hjc。

成体干hjc

成体干hjc,是指存在于一种已经分化组织中的未分化hjc,这种hjc能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的hjc。

骨髓间充质干hjc(BM-MSCs)以及造血干hjc(HSCs)便是是从成人组织中检测出来的,具有自我更新的能力的成体干hjc,这些多能成体干hjc被广泛用作预测药物毒性的体外hjc模型。

Bio-Techne 可提供 BM-MSCs 及 HSCs 检测、鉴定、培养、诱导分化的全套解决方案,以 MSCs 的研究为例:

胚胎和诱导性多能干hjc

胚胎干hjc(ESCs)是指由胚胎内hjc团或原始生殖hjc经体外抑制培养而筛选出的hjc。1998 年,研究人员从胚泡阶段的内hjc团中检测出了第一个人胚胎干hjc系。2007 年,成人体hjc被重新编程为多能性干hjc,被称为人类诱导多能干hjc(iPSCs)。

人类胚胎干hjc和诱导多能干hjc被统称为多能干hjc,能够长期自我更新,且可以向三个胚层(内胚层,中胚层和外胚层)的hjc类型分化。这些特性使得它们成为评估药物和有毒化合物的有力工具。

图 3  使用 StemXVivo Hepatocyte Differentiation Kit 将 iPSK3 人诱导多能干hjc再分化为肝hjc样hjc,并将hjc接种于 96 孔板中,使用肝毒性化合物(Carboplatin、Doxorubicin、Crizotinib、Tacrine)进行筛选。hjc活力(A)和脂质代谢(B)分析表明,肝毒性化合物对 iPSCs 衍生的肝hjc的毒性具有剂量依赖性。

在未分化状态下,多能干hjc还是发育毒理学的重要体外模型。众所周知,胚胎发育是一个特别易受药物和有毒化合物侵害的时期,动物模型很难概括药物对人类发育早期事件的影响,而多能干hjc因其特性,为研究胚胎发生过程中的药物毒性提供了一个独特且可行的平台。

此外,多能干hjc所具有的分化为所有hjc类型的能力,对于研究稀少或难以检测的hjc类型(例如神经元或心肌hjc)来说极具价值。相关研究表明,多能干hjc对疾病建模,药物筛选和毒性测试具有较大的帮助。

最后,人诱导多能干hjc还可以建立疾病个性化的hjc模型,以协助糖尿病、囊性纤维化、帕金森氏病和精神分裂症等疾病的研究。举个例子,从患有家族性自主神经功能异常(一种罕见的、致命的遗传性疾病,可以影响神经嵴hjc系的产生)的患者的 iPSCs 衍生出的神经嵴前体hjc,再将这些前体hjc用于新药筛选,有助于设计更安全、更有效的治疗方案。

 

图 4  采用 iPSCs 衍生的hjc进行个性化毒性检测

多能干hjc的鉴定与研究包括培养、分化、验证等环节,Bio-Techne 可提供相关的培养基、hjc盒、hjc因子及小分子化合物:

当然,不论是原代hjc,还是hjc系,抑或是干hjc,在实际应用中,都离不开具体的hjc培养。hjc培养作为一种在体外模拟体内环境,使hjc生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法,与研究的成功与否息息相关。

 

以上文字和图片来源于Bio-techne

 

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