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Le manuscrit décrit un modèle MPS hépatique utilisé pour évaluer DILI. Le MPS facilite la génération de microtissus hépatiques 3D qui sont maintenus hautement fonctionnels sous flux jusqu’à 4 semaines. Les PHH/HKC sont ensemencés sur des échafaudages recouverts de collagène pour former des microtissus hépatiques qui sont perfusés avec un milieu de croissance et, après avoir passé le contrôle de contrôle de la qualité, sont dosés avec des composés. Ici, nous montrons des données pour la troglitazone et la pioglitazone, deux composés structurellement similaires mais avec des sévérités DILI différentes.
Au jour 4, avant l’administration du médicament, une vérification du CQ des microtissus hépatiques formés est évaluée et consiste en la libération de LDH et la synthèse de l’urée (Figure 1A). Le CQ vise à confirmer que le MPS hépatique produit des microtissus hépatiques très cohérents et fonctionnels. Les données présentées ici sont générées à partir de trois expériences et montrent de bons niveaux de reproductibilité avec une faible variabilité intra et inter-études. Après une culture de 8 jours, de multiples paramètres de santé et hépatiques (albumine, urée, CYP3A4, ATP) sont évalués et les microtissus témoins montrent des niveaux élevés de fonctionnalité hépatique et de reproductibilité (Figure 1B,C). La microscopie en phase de contraste et la coloration IF des microtissus hépatiques (voir le matériel supplémentaire) montrent une consistance élevée de l’ensemencement dans les microcanaux de l’échafaudage et révèlent la distribution des HKC dans les microtissus PHH (Figure 1D)

Figure 1 : La MPS hépatique produit des données hautement reproductibles et des microtissus cohérents. (A) Mesures de contrôle qualité des microtissus hépatiques 3D au jour 4 et évaluation de la fonctionnalité à la fin de l’étude au jour 8 - (B) albumine et urée, (C) CY3A4 et ATP). Les données sont collectées à partir de 3 expériences; Dans chaque expérience, il y avait 3 répétitions de contrôle du véhicule. Les données présentées sont la moyenne ± écart-type, N = 9. (D) Microscopie à contraste de phase (10x et 20x) et IF de microtissus hépatiques 3D générés par la coculture de PHH et de HKC dans la plate-forme MPS hépatique pour l’évaluation de DILI. Pour visualiser les HKC, avant l’ensemencement, les HKC ont été transduits avec un vecteur adénoviral exprimant eGFP (voir Matériel supplémentaire). Des photomicrographies représentatives sont présentées. La transduction et l’imagerie ont été réalisées en tant qu’expérience autonome pour démontrer la localisation cellulaire et non avec le protocole DILI décrit. Les cellules HKC sont pré-validées en interne avant d’être utilisées dans des cultures cellulaires expérimentales et doivent avoir de faibles niveaux d’activation post-décongélation; ceci est évalué en mesurant les biomarqueurs IL-6 et TNF-alpha. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
La troglitazone est connue pour causer une DILI sévère; suite à sa licence pour le traitement du diabète de type 2, il a été retiré par la FDA après 3 ans sur le marché en raison de la fréquence des lésions hépatiques associées à son utilisation. À ce jour, les études animales publiées n’ont pas permis de prédire le potentiel de la troglitazone à causer des lésions hépatiques graves. La toxicité de ce composé n’a pas non plus été détectée dans les tests hépatiques 2D in vitro standard14.
Les microtissus hépatiques du MPS ont reçu une dose de troglitazone pendant 96 h, ce qui a provoqué une réponse toxique aiguë, en C max, qui a été détectée par la libération d’ALT et de LDH et une réduction rapide de la production d’albumine et d’urée, à environ 15 x Cmax, après une exposition aiguë à la troglitazone (Figure 2A). Le paramètre cellulaire (teneur en ATP) et l’activité du CYP3A4 (pour évaluer la biotransformation métabolique), échantillonnés après 96 heures d’exposition, la toxicité confirmée par la troglitazone et les valeurs EC:50 étaient très comparables à d’autres paramètres (Figure 2B). Les images de microscopie à fond clair prises après une culture de 8 jours dans le MPS révèlent un microtissu hépatique sain, uniformément ensemencé dans tout l’échafaudage (contrôle du véhicule), contrairement à la mort/dégradation généralisée des tissus observée dans les répétitions traitées avec un témoin positif et une troglitazone aux deux concentrations d’essai supérieures (figure 2C).

Figure 2 : Détermination du risque DILI de troglitazone à l’aide de plusieurs paramètres hépatotoxiques. Les microtissus hépatiques ont été exposés à sept concentrations d’essai de troglitazone pendant 96 h et comparés pour (A) la libération de LDH, la libération d’ALT, la production d’albumine, la synthèse de l’urée, l’activité du CYP3A4 et la teneur en ATP. Lignes bleues - exposition de 48 h (paramètres multimédias uniquement), lignes rouges - exposition de 96 heures. Le témoin positif était de 100 μM de chlorpromazine. Tous les critères d’évaluation sont mesurés à partir des mêmes cultures de MPS hépatiques. Les données présentées sont des moyennes ± écart-type, N = 3. (B) Résumé des chiffres E:50 générés à partir des données. N.D. = données non traçables. Ligne = non analysée. (C) Microscopie représentative en fond clair des microtissus hépatiques après culture de 8 jours (grossissement 10x). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
La toxicité hépatique à la suite d’une exposition à la pioglitazone a également été étudiée. La pioglitazone est un composé connu pour être de faible préoccupation DILI4 et n’a pas exercé d’hépatotoxicité dans les cultures d’hépatocytes primaires 2D classiques et même dans certains modèles 3D plus avancés10,11. De légers effets hépatotoxiques ont été observés aux deux points temporels testés (figure 3). Aucun rejet de LDH ou d’ALT n’a été détecté; cependant, après 48 h, une légère réduction de la production d’albumine et d’urée a été observée, à environ 25xC max (Figure 3A). Une réduction très mineure de la teneur en ATP a également été observée à des concentrations élevées de pioglitazone, mais cela n’était pas significatif. Les valeurs EC:50 obtenues à partir des courbes dose-réponse sont présentées à la figure 3B. La microscopie a révélé une légère altération microtissulaire après 96 heures d’exposition à la pioglitazone aux deux concentrations testées les plus élevées (figure 3C). Les résultats démontrent la capacité du MPS hépatique à détecter la toxicité des composés légèrement préoccupants pour le DILI.

Figure 3 : Détermination du risque DILI de pioglitazone à l’aide de plusieurs paramètres hépatotoxiques. Les microtissus hépatiques ont été exposés à sept concentrations d’essai de pioglitazone pendant 96 h et comparés pour la libération de LDH, la libération d’ALT, la production d’albumine, la synthèse de l’urée, l’activité du CYP3A4 et la teneur en ATP. Lignes bleues - exposition de 48 h (paramètres multimédias uniquement), lignes rouges - exposition de 96 heures. Le témoin positif était de 100 μM de chlorpromazine. Tous les critères d’évaluation sont mesurés à partir des mêmes cultures de MPS hépatiques. Les données présentées sont des moyennes ± écart-type, N = 3. B) Résumé des chiffres EC:50 générés à partir de données. N.D. = données non traçables. Ligne = non analysée. (C) Microscopie représentative en fond clair des microtissus hépatiques après culture de 8 jours (grossissement 10x). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
En évaluant tous les paramètres fonctionnels et les biomarqueurs de sortie de toxicité qui pourraient représenter des scénarios in vivo ou cliniques (libération de LDH, synthèse d’urée, production d’albumine, activité du CYP3A4, teneur en ATP, libération d’ALT) et corroborant les données générées pour les deux composés testés dosés à une plage de doses de sept points pendant 48 h et 96 h, une carte thermique a été générée pour produire une « signature d’hépatotoxicité », aider à identifier les composés présentant divers niveaux de préoccupation DILI (Figure 4).

Figure 4 : Détermination de la « signature de toxicité » avec le MPS hépatique. Carte thermique montrant la troglitazone et la pioglitazone à partir de six paramètres fonctionnels spécifiques au foie (libération de LDH, synthèse de l’urée, production d’albumine, libération d’ALT, activité du CYP3A4 et teneur en ATP) après une exposition de 48 h et 96 heures à une plage de doses de sept points. Chaque valeur est générée sous forme de moyenne, N = 3 et normalisée pour contrôler les échantillons. Les valeurs sur les barres de couleur représentent une augmentation de pli par rapport aux contrôles de base. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Matériel supplémentaire : Imagerie au microscope fluorescent des microtissus et évaluation de la préqualification des cellules. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.