随着体外药物测试在生物医学研究中的重要性日益增加，如何准确模拟不同细胞类型之间的相互作用成为一大挑战。鉴于上述挑战，韩国毒理学研究所的Han-Jin Park 教授团队近日在《Biofabrication》上发表了题为《hiPSC-derived macrophages improve drug sensitivity and selectivity in a macrophage-incorporating organoid culture model》的论文，该研究将人类诱导性多能干细胞（hiPSC）衍生的前巨噬细胞（preMP）直接整合到类器官和支架细胞模型中，可以有效模拟肝脏、肺和脂肪组织中的药物反应。这一创新的共培养模型不仅展现了巨噬细胞的组织驻留功能，还在药物诱导的肝损伤和肺毒性评估中显示出更高的灵敏度。同时，这些模型在模拟胰岛素抵抗方面也表现出色，为抗糖尿病药物的研发提供了强有力的工具。

巨噬细胞诱导过程

研究者通过分步分化人类iPSCs，成功生成了前巨噬细胞（ipreMPs）和巨噬细胞（iMPs），并验证了它们的功能性。iMPs展现了吞噬能力，并在特定刺激下极化为M1或M2亚型，表现出成熟巨噬细胞的典型功能。

图1：从iPSCs转变为巨噬细胞的诱导过程

肝细胞-巨噬细胞共培养类器官模型

研究者开发了3D hHO-MP模型，将iPSC衍生的前巨噬细胞（ipreMPs）整合到肝类器官中，形成了更生理化的毒性测试模型。该模型表现出较高的药物代谢基因表达和功能性肝巨噬细胞标志物表达。在测试免疫细胞介导的肝毒性药物时，hHO-MP模型展现出比传统HepG2模型更高的药物敏感性，特别是在低浓度下检测到更明显的毒性反应。此模型为肝毒性药物的筛选和评价提供了更敏感和特异的工具。

图2：肝-巨噬细胞共培养类器官模型

肺细胞-巨噬细胞共培养类器官模型

研究者开发了3D hLO-MP模型，将iPSC衍生的前巨噬细胞（ipreMPs）整合到肺类器官中，成功模拟了肺驻留巨噬细胞与肺泡上皮细胞的相互作用。该模型显示出较高的肺特异性标志物和巨噬细胞标志物的表达，具备有效的吞噬功能。在暴露于肺毒性药物和化学品时，hLO-MP模型展现出更高的细胞毒性和炎性因子分泌水平，特别是IL-1β和IL-6。这一成果表明hLO-MP模型在体外毒性测试中具有更高的敏感性和生理相关性，为肺部毒性评估提供了更先进的工具。

图3：肺-巨噬细胞共培养类器官模型

脂肪细胞-巨噬细胞共培养类器官模型

研究者开发了3D AD-MP模型，将iPSC衍生的前巨噬细胞（ipreMPs）整合到由ADMSC衍生的脂肪细胞中，成功模拟了胰岛素抵抗的发生机制。模型中，巨噬细胞的引入显著增加了与胰岛素抵抗相关的趋化因子（如IL-8、CCL2和CXCL1）的分泌，并通过抑制AKT信号通路降低了GLUT4表达，减少了胰岛素敏感性。此外，研究者利用该模型筛选了几种胰岛素抵抗缓解药物，发现PPARγ激动剂（如匹格列酮和罗格列酮）能够有效恢复胰岛素敏感性。这一研究表明，包含iPSC衍生巨噬细胞的AD-MP模型可以为胰岛素抵抗药物效果的预测提供更准确的体外平台。

图4：脂肪-巨噬细胞共培养类器官模型

总结