CYP3A4誘導を研究するための肝細胞インビトロプラットフォームの比較

A comparison of hepato-cellular in vitro platforms to study CYP3A4 induction.

• Beyza Bulutoglu
• Camilo Rey-Bedón
• Safak Mert
• Lipeng Tian
• Yoon-Young Jang
• Martin L Yarmush
• O Berk Usta

抄録

薬物毒性や薬物-薬物相互作用のin vitro試験は、医薬品開発の努力にとって極めて重要である。現在、ヒト初代肝細胞（PHH）の利用は、その機能的な外来生物応答と薬物代謝CYP450酵素代謝のため、この目的のための事実上の標準となっている。しかし、PHHは希少であり、高価であり、手間のかかるメンテナンスを必要とし、ロット間の不均一性を示す。代替的なヒトin vitroプラットフォームとしては、アクセスと維持が容易な肝細胞株や、人工多能性幹細胞（iPSC）由来の肝細胞がある。本研究では、ＰＨＨ、肝細胞株Ｈｕｈ７およびＨｅｐＧ２、ならびにｉＰＳＣ由来の肝細胞様細胞の薬剤誘発ＣＹＰ３Ａ４およびＰＸＲ発現レベルの直接比較を提供する。融合培養したHuh7はCYP3A4発現の改善を示し、最大4.9倍の誘導性を示し、ヒトiPSCから分化した肝細胞は3.3倍のCYP3A4誘導性を示した。また、リファンピシン処理により肝細胞株とiPSC由来肝細胞の両方でPXR発現レベルの上昇が認められたが、PHHではPXR発現の再現性の高い上昇は認められなかった。本研究の結果は、肝腫由来の細胞株とiPSCの両方が、インビトロでの成熟時にCYP3A4/PXR代謝の信頼性と再現性の高い結果を提供し、一次肝細胞の代替供給源となり得ることを示している。この研究は、薬物-薬物相互作用および毒性試験のための適切で実行可能なin vitroプラットフォームの選択の指針となる可能性があります。

In vitro studies of drug toxicity and drug-drug interactions are crucial for drug development efforts. Currently, the utilization of primary human hepatocytes (PHHs) is the de facto standard for this purpose, due to their functional xenobiotic response and drug metabolizing CYP450 enzyme metabolism. However, PHHs are scarce, expensive, require laborious maintenance, and exhibit lot-to-lot heterogeneity. Alternative human in vitro platforms include hepatic cell lines, which are easy to access and maintain, and induced pluripotent stem cell (iPSC) derived hepatocytes. In this study, we provide a direct comparison of drug induced CYP3A4 and PXR expression levels of PHHs, hepatic cell lines Huh7 and HepG2, and iPSC derived hepatocyte like cells. Confluently cultured Huh7s exhibited an improved CYP3A4 expression and were inducible by up to 4.9-fold, and hepatocytes differentiated from human iPSCs displayed a 3.3-fold CYP3A4 induction. In addition, an increase in PXR expression levels was observed in both hepatic cell lines and iPSC derived hepatocytes upon rifampicin treatment, whereas a reproducible increase in PXR expression was not achieved in PHHs. Our results indicate that both hepatoma originated cell lines and iPSCs may provide alternative sources to primary hepatocytes, providing reliable and reproducible results for CYP3A4/PXR metabolism, upon in vitro maturation. This study may serve as a guide for the selection of suitable and feasible in vitro platforms for drug-drug interaction and toxicology studies.