基于细胞3D打印技术的药物肝毒性模型研究

摘要

在新药创制领域，由于高通量筛选脱离体内系统环境，动物模型筛选存在种属差异，现有药物筛选技术成功率很低。细胞3D打印技术，能够按照设计的三维模型准确地定位装配细胞/材料复合物，为用人源细胞构建复杂组织器官模型，用于高内涵药物筛选和生物研究提供了新的技术可能。在药物开发中，药物的肝脏毒性是药物在人体试验水平失败的主要原因之一，用人源细胞打印肝组织检测药物肝毒性，具有重要的理论和实际应用价值。本论文研究基于生物3D打印技术和人源细胞打印3D肝组织，并验证模型的准确性和用于药物肝毒性筛选的可行性。
　　（1）本文首先对细胞3D打印技术的发展和现状做了简要综述，在总结现有体外药物肝毒性筛选模型优缺点的基础上，探讨了基于细胞3D打印技术构建体外肝毒性模型的可行性和技术基础。
　　（2）系统介绍了团队开发的3D Bio-printer的软硬件系统的组成。在比较C3A细胞和xenotech细胞形态，增殖率以及药物代谢酶基因表达的基础上，优选C3A作为种子细胞。结构显示，基于3D Bio-printer打印C3A和明胶/海藻酸钠水凝胶而制备的三维肝组织模型结构稳定，细胞存活率>90％。
　　（3）遵循仿生原理，设计了三种结构的肝组织CAD模型并进行了打印。面向高散射水凝胶结构建立了基于光学相干断层扫描技术（Optical Coherence Tomography，OCT）的无损，在线，高精度检测的评估体系，用于细胞3D打印过程中成形性能和内部结构的控制和评估。结果显示方形小孔结构具有良好的内部结构连通性和稳定性，优选为构建肝组织模型的基本结构。
　　（4）完成三维肝组织模型的3D打印与培养，以工具药利福平为诱导剂，基于qPCR技术检测了模型中药物代谢相关酶CYP3A4，CYP2B6，MRP2，BSEP，OATP1B1和PGP的基因表达，结果显示三维模型CYP3A4基因表达显著高于二维对照组。CYP2B6、MRP2、BSEP、OATP1B1和PGP基因在3D打印肝组织模型内的表达与文献中实体肝组织的数据一致性高。
　　综上，基于细胞3D打印技术和人源细胞制备三维肝组织模型技术可行，模型能更准确的反映药物在体内的肝毒性，对于药物开发中的肝毒性检测具有重要价值。研究证明细胞3D打印技术为用人源细胞构建复组织器官模型，用于高内涵药物筛选和生物研究提供了新的技术可能。

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第1章 绪论

1.1 引 言

1.2细胞3D打印技术背景概述和研究进展

1.3 用于药物筛选的体外肝组织模型的研究背景和进展

1.4 研究目的和内容

第2章 细胞3D打印设备组成、种子细胞及基质材料选择

2.1 细胞3D打印系统总体组成

2.2 种子细胞的选择

2.3 类细胞外基质材料的选择和设计

2.4 打印体系对细胞活性的影响

2.5小结

第3章 三维肝组织模型结构设计和分析

3.1 三维肝组织模型结构设计

3.2肝细胞3D打印模型结构分析

3.3 小结

第4章 三维肝组织模型构建和特性研究

4.1三维肝组织模型的构建与培养

4.2 细胞分布和形态观察

4.3实时荧光定量PCR分析

4.4 小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

附录