面向药物体外评价的肠肝组织工程反应器构建研究

采用细胞模型进行药物体外评价可以尽早淘汰体内生物利用度低或有毒性的候选药物，节省后续开发的巨大费用和漫长时间。药物生物利用度是由肠肝清除共同决定的，而且药物肝毒性也会被小肠吸收影响，但是，现有体外细胞模型无法正确反映这两个器官的共同作用。本课题基于细胞-微环境-传质三大要素的组织工程反应器设计原理，构建表征体内小肠吸收的Caco-2组织工程反应器，通过反应器的仿生化设计及培养条件优化，力求Caco-2细胞在形态与功能上与体内小肠粘膜的一致。并且，将Caco-2反应器与已建立的肝组织工程反应器进行整合，两者之间按体内肠肝的血液流动规律进行培养和循环流动的优化，建立能正确预测药物生物利用度及肝毒性的肠肝整合反应器，丰富与完善组织工程反应器的构建原理，为药物体外研究提供有效的方法与手段。

合适的小肠吸收比率与口服生物利用度是候选药物开发为口服药物的先决条件。插入式半透滤膜上培养的Caco-2细胞单层是最为经典、应用最为广泛的一种评价药物口服吸收比率的体外模型，但是其培养周期长达21天，并且存在着操作复杂、耗费较大、筛选通量不高等问题。本课题构建了基于中空纤维且能够模拟人体小肠微观形态的生物反应器，使Caco-2细胞快速分化，促进其充分表达小肠上皮生理功能，以实现对药物口服吸收行为简便而准确的预测。在该反应器中，Caco-2细胞层于接种5天后达到充分融合；在7天内完成功能分化并且活性水平高于插入式半透滤膜上培养21天的细胞。结合前期研究构建的微型生物人工肝，本课题进行了培养条件优化，并考察其反映体内III相代谢（即转运蛋白介导的肝胆转运）的能力。在胶原浓度0.6 g/L，并加入表皮细胞生长因子EGF时，微型生物人工肝经5 d培养后重建体内极性，且具有较传统三明治培养模型更高的转运蛋白水平和药物胆汁清除率预测准确度。对比该反应器与传统模型用于药物口服吸收预测的效果发现，16种药物的口服吸收预测结果在两种模型中呈现相似的趋势和预测精度(R2>0.87)。此外，我们还将小肠反应器与微型生物人工肝联合使用，实现了小肠-肝脏联合反应器的构建，对4种药物口服生物利用度的预测值与体内数据较为接近。