人血清白蛋白基冷冻凝胶仿生平台：三维共培养与药物性肝损伤预测新策略

为解决传统动物模型预测药物性肝损伤（DILI）准确率低（仅50–70%）及临床转化瓶颈问题，研究人员开发了人血清白蛋白甲基丙烯酰化（HSAMA）冷冻凝胶系统，整合胶原I（C）和纤连蛋白（F）构建仿生肝脏微环境。该三维共培养模型显著提升肝特异性功能（如白蛋白分泌、尿素合成及CYP450表达），并成功检测到非临床毒性表型（如转氨酶升高和脂肪变性），为药物安全评估提供高效人源化替代方案。

　　

在药物研发领域，动物模型与人类药物反应的脱节一直是个棘手难题。据统计，传统啮齿类和非啮齿类动物实验对药物性肝损伤（DILI）的预测准确率仅为50-70%，这种"物种鸿沟"导致每年数十亿美元的药物因晚期临床试验中出现肝毒性而折戟沉沙。更令人担忧的是，现有体外模型要么像肿瘤球体培养那样难以控制细胞-基质相互作用，要么如3D生物打印技术般受限于分辨率不足和紫外交联的细胞损伤风险。面对这一困局，来自温州医科大学和中国科学院大学联合团队的研究人员另辟蹊径，将目光投向了人体内最"忠诚"的载体蛋白——人血清白蛋白（HSA）。

这项发表在《International Journal of Biological Macromolecules》的研究，创新性地将HSA进行甲基丙烯酰化（HSAMA）改造，并与肝脏关键细胞外基质成分胶原I和纤连蛋白（CF）联姻，构建出具有大孔结构的仿生冷冻凝胶平台。研究人员采用三步关键技术：首先通过核磁共振验证HSAMA的甲基丙烯酰胺修饰成功（特征峰5.3/5.5 ppm）；其次优化冷冻凝胶制备工艺，形成50-200 μm互连孔隙；最后建立HepG2肝细胞与HUVECs内皮细胞的三维共培养体系，模拟肝小叶中两种细胞的天然互作。

HSAMA-CF冷冻凝胶的仿生特性
通过流变学测试证实，该材料具有1-5 kPa的类肝组织弹性模量，其大孔结构促进营养物质扩散（孔隙率>85%）。红外光谱显示胶原I的酰胺I带（1635 cm^-1）和纤连蛋白的Arg-Gly-Asp（RGD）基团成功整合，为细胞粘附提供双重生化信号。

肝功能增强效应
与单层培养相比，共培养7天后白蛋白分泌量提升3.2倍（p<0.01），尿素合成增加2.7倍。qPCR检测显示CYP3A4和MRP2等药物代谢相关基因表达上调，证实该模型成功重建了肝脏解毒功能的核心分子机制。

肝毒性预测效能
暴露于临床常见肝毒素如非阿尿苷（fialuridine）后，模型检测到AST/ALT水平呈剂量依赖性升高（最高达对照组的8倍），油红O染色显示明显脂肪变性。特别值得注意的是，该系统成功捕捉到对乙酰氨基酚（APAP）在10 mM剂量下诱发的"双相损伤"——初期（24 h）表现为肝细胞空泡化，后期（72 h）出现典型的中性粒细胞浸润现象。

这项研究的突破性在于首次将HSA的天然生物学特性（17个巯基的抗氧化能力）与工程化ECM仿生策略相结合，创造出能维持肝细胞极性并支持内皮网络形成的三维微环境。相较于传统方法，该模型不仅将培养周期延长至21天（突破球体培养的坏死瓶颈），更重要的是实现了对固有型和特异型DILI的双重预测。正如通讯作者Tingting Li强调的，这种"人源化"平台可显著降低临床前研究的物种差异风险，为个性化用药和器官芯片技术提供了可扩展的模块化基础。未来通过整合原代肝细胞和患者特异性iPSCs，或将重塑药物肝毒性评估的范式。