刘鑫磊，林铌，周晓冰，李波

    ·综述·

    肝器官芯片的研究进展

    刘鑫磊，林铌，周晓冰，李波

    人体器官生物芯片是通过微流控技术，结合细胞生物学、工程学和生物材料等多学科，模拟人体组织器官主要结构和功能特征，在体外构建的微流体微生理系统[1]。与传统的毒理学动物实验相比，应用器官芯片更能反映人体内真实情况，避免了动物实验预测人体结果的差异；同时相对于静态培养替代方法，又能更好地体现出组织的敏感性和特异性[2-3]。此外，这种检测方式可以减少对研究动物的需要，符合减少、替代、优化的 3R 原则。

    肝脏作为机体的代谢中枢，对药物的代谢发挥着重要作用，同时也成为药物毒性作用的重要靶器官，进入 I 期临床试验后因肝脏毒性导致的新药研发失败占到 90% 以上。最重要的安全问题之一是药物诱发的肝损伤，它可引起急性或慢性肝病，并且是药物从临床试验乃至市场撤出的主要原因。目前对肝损伤的不良预测通常是临床前阶段直接将不同物种的数据外推到临床阶段而得出的，但仍有约 30% 的药物性肝损伤无法预测[4]，因此开发高效、可靠、便捷的肝毒性预测模型是药物研发和安全性评价领域重点关注的难点和热点，正是这些迫切的需求，以及微流控技术的发展，催生了肝器官芯片的发展和应用研究[5]。为了使广大科研工作者更好地了解肝器官芯片，本文综述了近些年肝器官芯片的构建、与其他器官共培养多器官芯片及其应用的研究进展和面临的挑战。

    1 肝器官芯片的构建

    1.1 细胞系

    在解剖学中，肝脏主要有四种细胞，分别是肝实质细胞、肝窦内皮细胞、枯否细胞、肝星状细胞。原代细胞和组织切片在短时间内可以保持起源时的形态和功能特征，但其寿命和扩张能力有限，难以用于高通量研究。细胞系有比原代细胞更高的复制能力和稳定的表型，可以长期使用，有助于可重复的研究，所以细胞系广泛应用于药物研发实验[6-7]。

    HepaRG 细胞系诱导分化后可以表达较高的 CYP3A4 和 CYP2B6，其中 CYP3A4 是肝脏分泌最多的代谢酶，涵盖市面上三分之二的药物代谢；CYP2B6 仅占肝脏酶分泌的 5%，但可涵盖市面上 25% 以上的药物代谢，因此诱导分化的 HepaRG 细胞在体外肝脏模型建立过程中常用来代替肝实质细胞。在研究肝非实质细胞作用的过程中，可加入肝枯否细胞。枯否细胞是肝组织内的巨噬细胞，是单核吞噬细胞系统的一部分，由血液的单核细胞黏附于肝窦壁分化而形成的，可通过吞噬作用清除血循环的异物颗粒或衰老的红细胞、血小板、NK 细胞 ......