更高通量的肝脏微生理系统，用于大规模、成本效益高且稳健的药物发现与开发

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关键点

01   在PhysioMimix单器官高通量系统Single-Organ HT System中生成的3D肝组织具有与CN Bio旗舰Liver MPS模型相同的特征

02   与其他类似的商业化OOC器官芯片模型相比，PhysioMimix HT及其芯片Liver-48的成本效益提高了约6倍

03   PhysioMimix HT允许在一个微孔板上进行三次重复数据点、七点剂量反应曲线以及数据标准化到对照

04   CN Bio的PhysioMimix HT系统范围更具成本效益，并可在药物发现的早期阶段采用

图1：CN Bio PhysioMimix OOC Systems & Products

引言

尽管微生理系统（也称为器官芯片，OOC）在改善从临床前数据到人体预测性的潜力和兴趣颇高，其采用速度却较慢。市场分析表明有几个原因，包括成本、通量、数据稳健性和可重复性。此外，OOC技术通常被批评仅.限于药物开发过程的早期和晚期阶段。

为应对这些限制，CN Bio开发了一种新系统：PhysioMimix 单器官高通量（HT）系统，该系统包括一个新的多芯片耗材板MPS-Liver culture48（LC-48），由一个SBS标准微孔板内的48个微型肝芯片组成（图2）。

图2：MPS-LC12 & MPS-LC48

多年来，CN Bio及其客户使用PhysioMimix MPS-LC12板开发了一些应用于药物开发的成熟模型，如药物引起的肝损伤（DILI）、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、药物代谢和药代动力学（DMPK）。LC12板的稳健性已由包括FDA药物评估和研究中心（CDER）在内的许多用户评估，并支持成功的监管提交[1-2]。

在这一成熟技术的基础上，下一代HT系统相比单器官标准版，还允许用户将每个样本的成本降低约八倍。通过更多的重复实验（n=3个或更多重复实验）、对板内对照的归一化以及在一个板内运行7点剂量反应曲线（图3），数据稳健性和可重复性可以得到巩固。

图3：一个示例板，说明如何在一个板上测试两种化合物“P”和“T”，使用7个浓度和对照组。保持SBS标准格式并维持肝MPS功能的同时提高通量，每个板上有48个芯片，每个三板对接站共有144个芯片

此外，相比单器官标准版，该系统的8倍扩展容量使得更大规模的比较药物反应研究成为可能，从而促进微生理系统在药物发现和开发的更多阶段中的应用。本文调查了使用PhysioMimix  HT system和新的肝LC48板培养的微型肝组织与使用77779193永利成熟且经过验证表征的肝LC12板培养的微型肝组织的重要性能特征。

方法

起初，数学和计算流体动力学模型（CFD）为设计提供了信息，包括流速、培养基中的氧浓度以及耗材的机械特性（图4）。

图4：计算流体动力学（CFD）示例-通过支架孔的液流

采用有限元分析（FEA）等技术，以确保耗材中每个孔/芯片上的力均匀，从而将总体变异性降到更低（图5）。

图5：有限元分析（FEA）模拟-力分布

板设计的重点是通过避免孔/芯片的差异来确保重复性。这一点已经通过计量学和诸如微型CT等技术得到了确认（图6-7）。

图6：LC-48耗材板与单个样品孔

图7：LC-48单个样品孔的CAD切片（左）；Micro-CT切片（右）

下图为药物诱导性肝损伤（DILI）实验时间线：细胞被接种并培养七天，在第四天和第七天采集样本。

结果

1、对板进行了系列工程测试以优化其功能并验证设计。设计变异被最.小化，LC-48板上的流动变异系数（CVs）通常小于10%（图8）。

图8：比较了板中48个独立孔的流速

2、LC-48板的测试结果表明其能够以与Liver-12板相同的方式产生可存活且功能齐全的微组织。相同供体组合的肝细胞和库普弗细胞被接种到每块板上并培养8天。两块板的孔内都形成了具有强壮“甜甜圈”结构的肝微组织，代表了肝窦结构。白蛋白和尿素的质量控制（QC）指标被分析作为终点数据，结果显示白蛋白随时间增加，而尿素在8天内保持稳定（图9）。

图9：A-支架孔内微组织的明场和共聚焦图像；B-各板随时间变化的白蛋白和尿素QC数据

3、为测试LC-48板在评估肝毒性方面的实用性，将两个不同的肝细胞供体接种到板上，并与相同的库普弗细胞供体共培养8天。供体根据不同的特征/生活方式选择。尽管变异系数CV相似，但在第4天，两个供体的质量控制指标——白蛋白和尿素，显示出不同。在第4天，组织被用3种浓度的氯丙嗪处理。只有一个供体的白蛋白和尿素水平随时间减少，突显了供体敏感性的差异。显微镜图像显示了剂量反应（图10）。

图10：A-第4天的质量控制指标；B-处理后的白蛋白和尿素，C-明场图像

讨论

在此，77779193永利展示了CN Bio的新型PhysioMimix单器官高通量系统及其新型多芯片LC-48板生成功能性和一致性3D肝组织的能力，这与使用CN Bio的旗舰产品LC-12板生成的组织相一致。这为用户使用该系统进行DILI、DMPK、NASH研究及更多研究铺平了道路。

与LC-12板相比，LC-48板的通量增加了四倍。这一额外容量使得条件可以三次重复运行、板内对照用于数据标准化以及完整的七点剂量反应曲线，所有这些都是进行可靠且可重复的比较药物筛选所必需的。此外，LC-48板的微型化格式降低了每个样本的成本，缓解了采纳的顾虑。

通过增加PhysioMimix OOC的容量，用户现在能够进行更大规模的比较研究，并比以往更早、更具成本效益地在药物发现工作流程中享受预测性人类肝脏模型的优势。

参考文献 

[1] Rubiano, Andrés, et al. (2021) "Clinical and translational science 14.3: 1049-1061.

[2] https://cn-bio.com/physiomimix-data-supports-inipharms-ini-822-for-metabolic_x0002_liver-disease-treatment/

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