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HySTAR hiPSC-肝类器官药物毒性和药效评估服务


海星生物致力于提供创新的干细胞衍生器官模型服务,助力药物研发和CRO企业加速新药开发。HySTAR hiPSC-肝类器官微球及相关服务,针对传统肝模型(如PHH和HepG2细胞)的局限性(如低代谢活性、缺乏3D结构),提供高保真、人源化肝脏模拟平台。适用于小分子药物、核酸药物(如siRNA、ASO)的肝毒性评估、ADME研究和个性化医学。

行业痛点解决:药物研发中,肝毒性导致30%+项目失败。 我们的服务可以帮助药物和研究客户降低风险、缩短周期、控制成本。

技术概述:分化过程与形态特征


从hiPSCs到成熟肝类器官(HLC Organoids)的标准化分化流程,确保高重复性。


分化流程图.png

Fig 1. 分化流程图

流程示意图

  • d-1 ~ d0: hiPSCs起始。

  • d1: Definitive Endoderm。

  • d4: Hepatoblast。
    d6-d10: Hepatic Progenitor Cells (HPCs)。

  • d13-d20: 2D培养下Hepatocyte-like Cells (HLCs),可传代/冻存。

  • d20-d28: 3D培养,形成成熟Organoids。


分化过程的2D和3D结构图.png

Fig 2. 分化过程的2D和3D结构图


形态演变(显微图像):

  • 分化第 20 天(d20): 此阶段大部分细胞呈现典型肝细胞形态的多边形轮廓,细胞核清晰可见,为类器官形成前期的肝细胞形态基础。此阶段获得的类肝细胞可传代、可冻存。   

  • 分化第 24 天(d24)肝细胞类器官开始形成,3D 培养中可观察到类球状结构的初步聚集,内部细胞排列紧密,有早期腔体迹象,提示类器官形成进入构建阶段。

  • 分化第 26、28 天(d26、d28):肝细胞类器官结构逐渐成熟,呈现球形,内部可见明显腔体与类肝实质区,为成熟类器官特征。此时类器官具有良好的结构稳定性与可操作性。

核心优势:基因表达与表型鉴定


海星的Organoids在基因和表型上优于2D模型和HepG2,接近人原代肝细胞(PHH)。

  • 肝细胞标志基因(HNF4A, CYP3A4, OATP1B3, ABCB1, ABCG2):Organoids表达显著高于HLCs,提升药物代谢模拟。

  • 胆道标志基因(ITPR3, CFTR):3D环境诱导胆道样分化,模拟肝组织多样性。

  • 多能性基因(SOX2, NANOG, OCT4):显著下降,确认分化成功。

  • 表型分析(流式细胞术):

    ASGR1+: HepG2 98%,Organoids 92%,hESC 1%。

    ALB+/AFP+: HLCs 70%,Organoids 82%,hESC 0%。


不同阶段的细胞比较表:

指标

hESC

HLCs

HLC Organoids

HepG2

肝标志基因表达

中低

白蛋白分泌 (μg/10^6 cells/day)

0

~5

~12

~8

CYP3A4诱导倍数

N/A

1-2x

2-8x

1x


备注高表达CYP酶系,支持小分子药物(如他汀类)的代谢毒性预测;对于核酸药物,提供off-target效应评估。


蛋白标记物表达情况.png

Fig 3. 蛋白标记物表达情况


  • 肝细胞(Hepatocyte)特异性基因包括 HNF4A(肝转录因子)、CYP3A4(细胞色素 P450 酶)、以及肝特异性转运体 OATP1B3、ABCB1 与 ABCG2。在类肝细胞(HLCs)中这些基因表达中高,表明细胞已向肝细胞方向分化。

  • 经 3D 培养后形成的肝细胞类器官(HLC organoids)中,这些肝细胞标志基因表达水平显著升高,显示 3D 环境更利于促进肝细胞成熟。胆道细胞(Bile duct)标志基因 ITPR3 与 CFTR 在 HLC organoids 中的表达上升,显示在 3D 培养条件下,类肝细胞呈现出部分胆道样分化特征,反映出类器官系统更贴近人类肝组织在细胞谱系上的多样性与组织层次复杂性。

  • 干细胞多能性(Pluripotency)标志基因 SOX2、NANOG 与 OCT4 在未分化人胚干细胞(hESC)中表达高,而在 HLCs 及 HLC organoids中显著下降,表明干细胞已成功脱离多能状态并趋向定向分化。

  • 相比之下,肝癌细胞株 HepG2作为对照组,以辅助评估类肝细胞与类器官的分化特征与表达谱差异。


ASGR1标记物表达情况.png

Fig 4. ASGR1标记物表达情况(作为GalNAc主要受体ASGPR的主要功能域


流式细胞分析显示,成熟肝细胞表面标志 ASGR1 在 HepG2 与 HLC organoids 中高表达(98% 与 92%) ,而在未分化 hESC 中几乎不表达(1%)。


Albumin (ALB) 与 a-fetoprotein (AFP) 表达情况.png

Fig 5.   Albumin (ALB) 与 a-fetoprotein (AFP) 表达情况


肝功能标志 Albumin (ALB) 与 a-fetoprotein (AFP) 的共表达细胞比例在 HLCs 与 HLC organoids 中分别为 70% 与 82% ,而在 hESC 中均为阴性,显示类器官具备高比例的功能性肝细胞,表明其分化程度更趋成熟。

与人原代肝细胞(PHH)的比较


在药物毒性测试中,hiPSC-肝类器官与人原代肝细胞(PHH)各有优劣。PHH 被视为金标准,但供应有限且快速去分化。 我们的 HySTAR™ Organoids 提供可扩展替代方案,结合3D结构和患者特异性,适用于高通量和个性化评估。 以下是比较:

方面

hiPSC-肝类器官优势

hiPSC-肝类器官劣势

PHH优势

PHH劣势

来源与供应

无限供应,从hiPSCs衍生;患者特异性,支持个性化医学

批次变异可能存在(CV<10%可控)

来自成人肝组织,最接近体内

供应有限,捐献者依赖;伦理和获取挑战

成熟度与功能

3D环境提升CYP活性、白蛋白分泌和胆汁转运;长期培养(>35天)

初始成熟度低于PHH,需优化(如HYDROX纤维)

高成熟度,高代谢活性(CYP酶最佳)

体外快速去分化,功能衰退快(几天内)

结构与复杂性

多细胞类型(肝细胞、胆道细胞);模拟肝组织微环境

需额外工程化血管化

单细胞类型,缺乏3D复杂性

2D培养中丧失组织结构

毒性测试应用

高重复性(>85%预测准确);高通量、多组学整合;检测隐匿DILI

对某些代谢物敏感性稍低

敏感性高,标准模型

捐献者变异大,不适合大规模筛选

成本与扩展性

成本效益高,工业化生产

初始分化周期长(4-6周)

即时可用

高成本,难以扩展


服务整合:我们的Organoids在毒性敏感性上与PHH相当,并克服其局限,支持从早期筛选到临床研究。

服务支持与交付内容


海星为满足CRO和药物研发需求,提供以下详细服务选项,确保从项目启动到报告交付的全链条支持:


标准服务套餐:

  • 高通量毒性评估:96/384孔板格式,支持同时测试10-50种化合物。包括暴露方案设计(急性/慢性)、终点读出(ATP/LDH、ALB分泌、CYP活性)、形态和数据分析。

  • 个性化建模:从患者血液或皮肤来源生成hiPSCs,实现遗传特异性DILI预测(如PNPLA3变异)。额外包括CRISPR编辑服务,用于敲除/插入特定基因,模拟药物敏感性。


高级服务选项:

  • Multi-Omics分析:结合RNA-seq、蛋白组学和代谢组学,提供全面毒性机制洞见分析(e.g., 氧化应激通路激活)。估算DILI概率>85%。

  • 体内桥接服务:小鼠异种移植模型,监测移植后ALB/ALT水平,评估药物在体内存活和功能。


支持与交付:

  • 技术咨询:免费初步咨询,提供方案设计。

  • 报告格式:GLP/GMP级PDF报告,包括原始数据、可视化图表和法规合规声明。

  • 规模与灵活性:从小批量(100个Organoids)到工业级(1000+),支持批量订购。

  • 合作模式:联合研发项目、长期CRO框架协议。

这些服务基于2025年行业标准,确保批次变异<10%,并提供培训以便客户内部复现。


服务支持:

  • 定制化:支持患者来源hiPSCs,个性化毒性模型。

  • 技术支持:提供培训、方案优化、数据分析。

  • 定价与交付:PDO微球+服务套餐,咨询详情。

  • 合规性:使用的所有细胞均为海星自行开发。

联系我们: info@hycyte.com   | +86-15506226365


应用场景:体内外功能验证与药物毒性分析


Organoids具备真实肝功能,适用于高通量筛查。

服务亮点:提供全流程外包或HySTAR hiPSC-肝类器官微球购买+技术支持,批次一致性CV<5%。


体外功能:

  • 白蛋白分泌:随成熟增加,接近PHH。

  • ICG摄取/释放:Organoids优于HLCs(Uptake 2.5 ng/mg vs. 1.0)。

  • CYP诱导:Omeprazole诱导CYP1A2 ~8x;Pheneturide CYP2B6 ~7x;Rifampin CYP3A4 ~2x。

Albumin (ALB) 不同批次和hPHH表达情况.png

Fig 6.   Albumin (ALB) 不同批次和hPHH表达情况

  • 左图,类器官培养过程中 Albumin 分泌量随分化时间的动态变化,结果显示白蛋白分泌随成熟天数持续上升,进一步验证类器官在体外环境下具有逐步增强的肝功能特性。人类原代肝细胞(PHH)作为功能最接近肝细胞对照,用于评估类器官白蛋白分泌能力与功能成熟度的参考基准。

  • 右图所示为免疫荧光染色及明场图,显示 Albumin 蛋白主要表达于球状类器官内部,强化了其结构与功能双重贴近真实肝组织的特征

    肝类器官胆汁功能能力.png

    Fig 7.   肝类器官胆汁功能能力

ICG 摄取与释放功能评估肝类器官胆汁功能能力吲哚菁绿(Indocyanine Green, ICG)是一种可被肝细胞摄取并经胆汁排出的荧光染料,常用于评估肝功能。图中显示,相较于来源于人胚干细胞的 2D 分化肝样细胞(HLCs) ,三维培养的肝类器官(HLC organoids)具备更强的 ICG 摄取(Uptake)与释放(Release)能力,表现出典型肝细胞的转运与排泄功能。右图量化结果亦证实类器官在 ICG 动态转运上的功能优于 HLCs。

不同酶的基因表达情况.png

Fig 8.   不同酶的基因表达情况


在 C16-iHLOs 中,Omeprazole 可强效诱导 CYP1A2 表达(约 8 倍),Pheneturide 显著提升 CYP2B6(约 7 倍),Rifampin 对 CYP3A4 表达具适度诱导效果(约 2 倍),显示类器官具备完整且具药物特异性的 P450 酶系应答能力,可作为药物代谢与毒性评估的体外模型。


体内功能(小鼠移植模型):Organoids血清人ALB水平高于HLCs(峰值~16 ng/ml),存活>80天。

Albumin (ALB) 体内研究表达情况.png

Fig 9.   Albumin (ALB) 体内研究表达情况


肝类器官(HLC organoids)透过纤维蛋白原包埋(gel-embedded)形成胶质方体,利用异种移植模型( xenografts ),移植入免疫缺陷小鼠。采取小鼠血清观察人类白蛋白表达,相较于类肝细胞(HLCs)肝类器官移植小鼠体内具有更多量的人白蛋白。显示肝类器官在小鼠体内存活并具备成熟肝细胞功能。


针对药物研发的应用:
  • 小分子药物:DILI筛查(氧化应激、线粒体损伤),多剂量暴露模拟慢性毒性。

  • 核酸药物:评估肝积累、免疫激活(e.g., TLR途径);定制hiPSCs模拟遗传易感性。

  • CRO服务选项:高通量96孔筛查、multi-omics分析(RNA-seq+代谢组)、GLP级报告。

详情可请致电咨询!400-990-6627 / 186-2622-7506(微信同号)

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