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Il manoscritto descrive un modello di MPS epatico utilizzato per la valutazione del DILI. L'MPS facilita la generazione di microtessuti epatici 3D che vengono mantenuti altamente funzionali sotto flusso fino a 4 settimane. I PHH / HCM sono seminati su scaffold rivestiti di collagene per formare microtessuti epatici che vengono perfusi con un mezzo di crescita e, dopo aver superato il controllo QC, vengono dosati con composti. Qui, mostriamo i dati per troglitazone e pioglitazone, due composti strutturalmente simili ma con diversa gravità DILI.
Al giorno 4, prima della somministrazione del farmaco, viene valutato un controllo QC dei microtessuti epatici formati e consiste nel rilascio di LDH e nella sintesi dell'urea (Figura 1A). Il QC mira a confermare che l'MPS epatico produce microtessuti epatici altamente coerenti e funzionanti. I dati qui presentati sono generati da tre esperimenti e mostrano buoni livelli di riproducibilità con bassa variabilità intra e inter-studio. Dopo una coltura di 8 giorni, vengono valutate più metriche sanitarie ed epatiche (albumina, urea, CYP3A4, ATP) e i microtessuti di controllo mostrano alti livelli di funzionalità epatica e riproducibilità (Figura 1B,C). La microscopia in fase di contrasto e la colorazione IF dei microtessuti epatici (vedi materiale supplementare) mostrano un'elevata consistenza di semina attraverso i microcanali dello scaffold e rivelano la distribuzione di HKC nei microtessuti PHH (Figura 1D)

Figura 1: Le MPS epatiche producono dati altamente riproducibili e microtessuti coerenti. (A) Metriche 3D del controllo qualità dei microtessuti epatici al giorno 4 e valutazione della funzionalità alla fine dello studio al giorno 8 -(B) albumina e urea, (C) CY3A4 e ATP). I dati sono raccolti da 3 esperimenti; In ogni esperimento, c'erano 3 repliche di controllo del veicolo. I dati mostrati sono Media ± SD, N = 9. (D) Microscopia a contrasto di fase (10x e 20x) e IF di microtessuti epatici 3D generati dalla cocoltura di PHH e HKC nella piattaforma MPS epatica per la valutazione di DILI. Per visualizzare le HKC, prima della semina le HKC sono state trasdotte con un vettore adenovirale che esprime eGFP (vedi Materiale supplementare). Vengono mostrate fotomicrografie rappresentative. La trasduzione e l'imaging sono stati eseguiti come esperimento autonomo per dimostrare la localizzazione cellulare e non sono stati eseguiti con il protocollo DILI descritto. Le cellule HKC sono pre-convalidate internamente prima dell'uso in colture cellulari sperimentali e devono avere bassi livelli di attivazione post-disgelo; questo viene valutato misurando i biomarcatori IL-6 e TNF-alfa. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Troglitazone è noto per causare gravi DILI; A seguito della sua licenza per il trattamento del diabete di tipo 2, è stato ritirato dalla FDA dopo 3 anni sul mercato a causa della frequenza di danno epatico associato al suo uso. Ad oggi, gli studi sugli animali pubblicati non sono riusciti a prevedere il potenziale di troglitazone di causare gravi lesioni epatiche. Anche la tossicità di questo composto non è stata rilevata nei saggi epatici 2D standard in vitro 14.
I microtessuti epatici nella MPS sono stati trattati con troglitazone per 96 ore e hanno causato una risposta tossica acuta, guidata da C max, che è stata rilevata dal rilascio di ALT e LDH e una rapida riduzione della produzione di albumina e urea, a circa 15 x Cmax, in seguito all'esposizione acuta a troglitazone (Figura 2A). L'endpoint cellulare (contenuto di ATP) e l'attività del CYP3A4 (per valutare la biotrasformazione metabolica), campionati dopo 96 ore di esposizione, hanno ulteriormente confermato la tossicità causata da troglitazone e i valori di EC:50 erano altamente comparabili ad altri endpoint (Figura 2B). Le immagini al microscopio in campo chiaro effettuate dopo una coltura di 8 giorni nella MPS rivelano un microtessuto epatico sano, uniformemente seminato in tutto lo scaffold (controllo del veicolo) in contrasto con la morte/degradazione generalizzata del tessuto osservata nelle repliche trattate con controllo positivo e troglitazone alle prime due concentrazioni di prova (Figura 2C).

Figura 2: Determinazione del rischio DILI di troglitazone utilizzando endpoint epatotossici multipli. I microtessuti epatici sono stati esposti a sette concentrazioni di troglitazone per 96 ore e confrontati per (A) rilascio di LDH, rilascio di ALT, produzione di albumina, sintesi di urea, attività del CYP3A4 e contenuto di ATP. Linee blu - esposizione di 48 ore (solo endpoint multimediali), linee rosse - esposizione di 96 ore. Il controllo positivo è stato 100 μM di clorpromazina. Tutti gli endpoint sono misurati a partire dalle stesse colture epatiche di MPS. I dati mostrati sono medi ± SD, N = 3. (B) Riepilogo dei numeri E:50 generati dai dati. N.D. = dati non tracciabili. Linea = non dosata. (C) Microscopia rappresentativa in campo chiaro dei microtessuti epatici dopo coltura di 8 giorni (ingrandimento 10x). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
È stata studiata anche la tossicità epatica in seguito all'esposizione a pioglitazone. Pioglitazone è un composto noto per essere di basso rischio DILI4 e non ha esercitato epatotossicità nelle classiche colture di epatociti primari 2D e anche in alcuni modelli 3D più avanzati10,11. Lievi effetti epatotossici sono stati osservati in entrambi i punti temporali testati (Figura 3). Non è stato rilevato alcun rilascio di LDH o ALT; tuttavia, dopo 48 ore, è stata osservata una lieve riduzione della produzione di albumina e urea, a circa 25x Cmax (Figura 3A). Una riduzione molto minore del contenuto di ATP è stata osservata anche ad alte concentrazioni di pioglitazone, ma ciò non è stato significativo. EC:50 valori generati dalle curve dose-risposta sono presentati nella Figura 3B. La microscopia ha rivelato una leggera alterazione del microtessuto dopo 96 ore di esposizione a pioglitazone alle due concentrazioni più alte testate (Figura 3C). I risultati dimostrano la capacità dell'MPS epatico di rilevare la tossicità di composti con lieve preoccupazione per DILI.

Figura 3: Determinazione del rischio DILI di pioglitazone utilizzando più endpoint epatotossici. I microtessuti epatici sono stati esposti a sette concentrazioni di pioglitazone per 96 ore e confrontati per (A) rilascio di LDH, rilascio di ALT, produzione di albumina, sintesi di urea, attività del CYP3A4 e contenuto di ATP. Linee blu - esposizione di 48 ore (solo endpoint multimediali), linee rosse - esposizione di 96 ore. Il controllo positivo è stato 100 μM di clorpromazina. Tutti gli endpoint sono misurati a partire dalle stesse colture epatiche di MPS. I dati mostrati sono medi ± SD, N = 3. (B) Riepilogo dei numeri EC:50 generati dai dati. N.D. = dati non tracciabili. Linea = non dosata. (C) Microscopia rappresentativa in campo chiaro dei microtessuti epatici dopo coltura di 8 giorni (ingrandimento 10x). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Valutando tutti gli endpoint funzionali e i biomarcatori di tossicità che potrebbero rappresentare scenari in vivo o clinici (rilascio di LDH, sintesi di urea, produzione di albumina, attività del CYP3A4, contenuto di ATP, rilascio di ALT) e corroborando i dati generati per entrambi i composti testati dosati in un intervallo di dosaggio di sette punti per 48 ore e 96 ore, è stata generata una mappa di calore per produrre una "firma di epatotossicità", aiutare a identificare composti con diversi livelli di preoccupazione DILI (Figura 4).

Figura 4: Determinazione della "firma di tossicità" con MPS epatiche. Mappa termica che mostra troglitazone e pioglitazone da sei endpoint funzionali specifici per il fegato (rilascio di LDH, sintesi di urea, produzione di albumina, rilascio di ALT, attività del CYP3A4 e contenuto di ATP) dopo 48 ore e 96 ore di esposizione a un intervallo di dosi a sette punti. Ogni valore viene generato come media, N = 3 e normalizzato ai campioni di controllo. I valori sulle barre dei colori rappresentano un aumento di piegatura rispetto ai controlli della linea di base. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Materiale supplementare: Imaging al microscopio fluorescente di microtessuti e valutazione pre-qualifica delle cellule. Clicca qui per scaricare questo file.