[发明专利]一种体外脂肪肝类器官模型及其制备方法与在药物测试中的应用

说明书

本发明公开了一种体外脂肪肝类器官模型及其制备方法与在药物测试中的应用，具体涉及生物墨水、器官模型技术领域。生物墨水由细胞悬浮液和水凝胶混合、吹打获得，该墨水明胶、海藻酸钠、纤维蛋白原、层粘连蛋白及其细胞的最终浓度为：5％(w/v)，1％(w/v)，1mg/ml、30μg/ml和1×107cells/ml。体外脂肪肝类器官模型的制备方法包括(1)向打印机中注入生物墨水；(2)设置打印轨迹，制作立体网格结构；(3)诱导分化，即得。本发明提供的生物墨水具有良好的机械性能和生物相容性，能获得稳定的打印结构，高细胞存活率。本发明提供的器官模型更能够体外模拟人体微环境，成为一种有效的体外脂肪肝类器官模型。

技术领域

本发明涉及器官模型技术领域，具体涉及一种体外脂肪肝类器官模型及其制备方法与在药物测试中的应用。

背景技术

世界卫生组织的统计数据表明，全球有3.5亿人患有肝病，每年有100多万人因此死亡，与肝病相关的死亡人数还在逐步增加。当肝脏中脂肪含量超过5％时，即可认为患有脂肪肝。脂肪变性是脂肪肝最重要的标志，脂肪肝可以从脂肪变性发展为非酒精性脂肪性肝炎，在更严重的情况下，可发展为肝纤维化和肝硬化，最终可能导致肝细胞癌。因此，脂肪肝需要及早诊断和治疗。

目前的脂肪肝临床治疗方法有药物治疗、介入治疗、手术治疗等方法。药物治疗是最方便且对机体副作用最小的治疗方式，但是治疗脂肪肝并没有很强针对性的或者疗效较好的药物，所以开发疗效好的、副作用小的新药就尤为重要。在过去的几年中，研究人员采取了不同的方法来开发NAFLD动物模型，如：专利CN114916497A、专利CN112352739A构建一种非酒精性脂肪肝小鼠模型用于科学研究。使用动物模型进行实验研究存在一些问题，如伦理纠纷、耗时长、成本高等，且动物模型在理化微环境与代谢能力方面与人体存在着显著性差异。因此，迫切希望能够研发出一种在形态、理化微环境及代谢能力等方面与人体高度相似的脂肪肝类器官模型，并能够有效的代替动物用于研究脂肪肝的病理机制及相关药物测试。

类器官属于三维细胞培养物，含有单一成体干细胞或者通过多能干细胞的定向诱导分化都能够产生类器官，其包含其代表器官的一些关键特性，并能够在许多系统中进行无限期传代和长期培养。到目前为止，类器官培养已用于各种组织器官，其中包括肠道、肝脏、胰腺、肾脏等。3D生物打印技术在生命科学领域的应用日益广泛，现已成为21世纪最具发展潜力的前沿技术之一。现已有研究人员使用功能细胞和水凝胶的聚合物利用3D生物打印技术在体外成功构建了肝类器官样结构，在疾病病理学、精准医疗以及药物毒性测试等领域发挥巨大作用。如Yang等人用明胶和海藻酸钠利用挤压式打印构建了体外肝组织模型，显示出良好的细胞-细胞、细胞-细胞基质之间的相互作用，结构具有高度完整性，且肝组织的生物学表征高度表达。然而，构建成熟的血管样通道向肝细胞供应氧气和营养仍然是一项技术挑战。

目前尚未见到有关3D生物打印技术用于构建脂肪肝类器官模型的报道。3D打印脂肪肝类器官模型的关键因素是用于3D生物打印的原材料，即生物墨水。然而，基于生物打印技术构建个性化定制的脂肪肝类器官模型还处于初级阶段，目前用于生物打印的墨水，不具有良好的生物相容性，稳定性差且细胞存活率较低，很难模拟相应的生物结构的组织样结构，实现细胞与微环境之间的信息交换，达到高度仿生，无法很好应用于后续的研究。公布号为CN108310463A的专利申请公开一种3D打印生物墨水及其制备方法，但该墨水很难进行脂肪肝类器官模型的打印，且很难维持后期培养。

有鉴于此，我们提出一种生物打印脂肪肝类器官模型的制备方法，解决现有类器官系统的一些局限，填补利用肝类器官研究脂肪肝的疾病机制和药物测试方面的空白，为药物研究和肝组织工程领域提供了一种新的工具。