来自细胞和分子胃肠病学和肝病学

最近,在肝依赖型传染病的背景下,对肝病性病原体的研究取得了令人兴奋的临床进展。 组织工程学已被应用于真实地概括人类肝脏生物学,从而促进了在整个病原体生命周期中宿主-病原体相互作用的研究。 这对于开发和验证治疗性干预措施至关重要,例如可能作用于肝细胞的候选药物和疫苗。工程模型的范围从原代人肝细胞(HH)和干细胞衍生的子代的二维(2-D)培养到三维(3-D)类器官培养和人源化啮齿动物模型。一种 审查 由Nil Gural及其同事发表于 细胞和分子胃肠病学和肝病学 ,描述了这些独特的模型。此外,还讨论了结合各种方法以及将最合适的模型系统与读数模式配对所取得的进展。

人类主要的肝病病原体包括丙型肝炎病毒(HCV),乙型肝炎病毒(HBV)和原生动物寄生虫 恶性疟原虫间日疟原虫。虽然HBV和HCV可以引起慢性肝病,例如肝硬化和肝细胞癌, 疟原虫 寄生虫引起疟疾。癌细胞系和动物模型用于研究宿主-病原体相互作用的研究受到不受控制的增殖,异常的肝特异性功能以及对肝病性病原体的严格宿主依赖性的限制。因此,HHs是研究这些病原体的唯一理想系统,但是,离体维持这些细胞具有挑战性。

例如,人类肝癌来源的细胞系(例如HepG2-A16和HepaRG)的2D单层更易于维护,扩增以扩大规模并用于药物筛选,因此代表了原代肝细胞的可再生替代物。这些模型系统对于研究人类的短期感染非常有用 疟原虫 parasites (间日疟原虫 恶性疟原虫);其他肝病性病原体,例如埃博拉病毒,拉沙病毒,人巨细胞病毒和登革热病毒;并产生病毒粒子库存(HCV,HBV)。对于长期的科学分析和培养,以及不感染肝癌细胞的病原体的临床分离株,永生化细胞系经过工程改造,可以在更长的时间内区分和维持HH功能。此外,原代肝细胞与非实质细胞或小鼠成纤维细胞与肝细胞共培养可保留肝细胞表型。后者是一个自组装共培养系统,可以潜在地维持感染超过30天,并用于测试抗HBV药物。一种微模式的共培养系统,其中肝细胞通过胶原的光刻图案定位在“岛”上,被小鼠胚胎成纤维细胞包围,可以将肝细胞表型维持4-6周,并且允许 恶性疟原虫, 间日疟原虫,HBV和HCV感染。此外,微模式共培养系统支持两者的完整发育肝阶段 恶性疟原虫间日疟原虫,从肝细胞释放裂殖子,随后感染覆盖的人类红细胞。

或者,可以将人类起源的胚胎干细胞和诱导型多能干细胞分化为肝细胞样细胞,从而能够在宿主与病原体相互作用的背景下研究宿主遗传学,也可以用于药物开发的靶标鉴定。但是,干细胞培养需要大量的培养专业知识,并且可能不代表完全分化的成人肝细胞表型。

尽管2D培养物易于使用和监测感染,但它们通常缺乏肝脏微环境的复杂性以及不同细胞类型对肝脏感染的影响。 3D径向流动生物反应器(圆柱形基质)能够通过提供足够的氧气和营养来维持和扩增人类肝癌细胞(例如Huh7细胞),从而支持生产性HCV感染数月。使用基于聚乙二醇的水凝胶,热可逆性明胶聚合物,藻酸盐,半乳糖基化纤维素海绵,基质胶和胶原蛋白开发的肝癌细胞的其他3D培养技术已被证明可以用于HCV或HBV感染。尽管与2D对应系统相比,3D共培养系统显示出更好的肝功能和差异基因表达谱,但它们需要大量的细胞,并且是扩大规模的挑战。最近,已经创建了一些模拟肝切变应力,血流和组织内细胞外环境的芯片上肝模型,具有对肝脏特异性病原体进行建模的巨大潜力。

已经开发出具有异位人肝结构的人源化小鼠模型,其中在肝损伤后移植原代HH。嵌合小鼠模型,包括Alb-uPA / SCID(移植到尿激酶型纤溶酶原激活物-转基因严重联合免疫缺陷小鼠中的HHs),FNRG / FRG(移植到Fah [-/-],Rag2 [-/-]和Il2rg [ -/-]有或没有非肥胖糖尿病背景的小鼠)和TK-NOG(将HHs移植到单纯疱疹病毒1型胸苷激酶小鼠中)的HCV,HBV, 恶性疟原虫, 和 间日疟原虫 感染。但是,创建和维护嵌合小鼠模型并监控其中的感染过程非常费力。

重要的是要注意,模型系统的选择和监测感染的读出方式将根据当前的实验问题而有所不同。迄今为止,组织工程已经为了解肝病性病原体做出了重要贡献。可以设想继续开发更好的肝脏模型。

[email protected]

广告