再生醫學 生物工程學 生物技術 科學報導

#NEWS 逆轉肝臟纖維化的新解方:以豬肝為基礎的新型肝臟貼片

肝臟在人體中具有代謝調控、解毒、蛋白質合成等重要功能,但根據衛福部於 2023 年的統計,台灣每年約有一萬三千人死於慢性肝病、肝硬化及肝癌。更詳細的統計顯示,慢性肝病及肝硬化為全國主要死因的第九名;肝癌則為國人癌症死因排名第二名 [1],上述的肝臟慢性病主因則歸咎於由病毒導致的肝炎,其中死因為肝癌的患者約有七成是 B 型肝炎帶原者,而約兩成為 C 型肝炎帶原者。除了病毒感染之外,不良的生活習慣:如飲酒過度、飲食習慣導致的脂肪肝、膽汁酸的不當分泌(Bile acid dysregulation)等都是慢性的肝臟發炎(Chronic liver inflammation)的主要風險因子之一(圖一),且肝臟慢性發炎更是導致肝臟纖維化、肝癌的主要肇因 [2]。

圖一:肝臟纖維化的風險因子與漸性的演變過程。 圖片來源:http://doi.org./10.4254/wjh.v15.i6.755

肝臟纖維化是指從完全健康的肝臟發展到嚴重肝硬化與肝癌過程之間的「過渡期」,因此如何「修復」甚至「逆轉」肝臟纖維化就成為了治療肝臟慢性病的切入角度之一 [2]。本篇小新聞將介紹台大生機系侯詠德副教授研究團隊於今(2024)年六月發表以新型肝臟貼片(Hepatic patch)應用於肝臟纖維化修復的研究。在侯教授於 2022 年發表的研究便以脫細胞化肝臟間質(Decellularized liver matrix; DLM)為基礎 [3],結合了肝細胞生長因子(Hepatocyte growth factor; HGF)與肝素(Heparin)用以製作肝臟貼片(HGF/heparin-DLM),不但成功模擬肝臟的微環境,更證實在體外培養時,可以順利修復由半乳糖胺所誘導的肝細胞受損(圖二)[3]。

圖二:肝臟貼片的製作過程。 圖片來源:https://doi.org/10.1016/j.bej.2022.108354

今年六月的發表則是以相似的肝臟貼片對四氯化碳(Tetracholoride; CCl4)誘導的大鼠肝臟纖維化模型進行預防性及修復性評估。團隊首先針對 2022 年發表的肝臟貼片之步驟進行微幅修改,與先前最大的不同是:本篇研究是以豬肝作為脫細胞化肝臟間質之基底;而先前研究則是以自老鼠體內分離的肝臟為主(圖三)。選擇豬的肝臟作為基礎則是因為過去研究指出相較於老鼠,豬的器官在生理方面更近於人體的特徵,此外,主要組織相容性複合物(Major histocompatibility complex; MHC)也相近於人類,因此也很常應用於臨床試驗 [4]。

圖三:本篇研究所使用的脫細胞化肝臟間質是以豬的肝臟為基底。 圖片來源:https://doi.org/10.1002/biot.202300570

團隊在更加完善肝臟貼片後,以不同角度對貼片進行評估。團隊首先以 FTIR 與 SEM 分析貼片的二維結構,結果顯示肝素可被穩定結合在 DLM 上,且 HGF/heparin-DLM 結構也十分穩固。團隊接著分析成熟肝細胞(Mature hepatocytes; MHs)於體外培養(In vitro culture)時,不同生長情況下的特徵。結果顯示,此肝臟貼片甚至比起膠原蛋白(Collagen)的培養條件有更好的效果:例如可以提高成熟肝細胞的存活率 (Cell viability) 與白蛋白合成(Albumin synthesis)速率。此外,此肝臟貼片亦能提升經由四氯化碳所誘導的受損成熟肝細胞之存活率與肝機能,不論是在預防性或治療性的模型中都有得到一致的結果。該團隊也在肝臟的前驅細胞:小型肝細胞(small hepatocyte; SHs)的培養中觀察到相似的現象。

在由體外實驗中得到正向的結果後,團隊接著以此貼片對大鼠體內的肝臟纖維化模型進行治療性評估。團隊首先對大鼠進行為期六週的四氯化碳之處理,並以此誘導成慢性肝臟纖維化。為了評估肝臟纖維化模型的建立與否、以及該肝臟貼片是否具有治療效果,該團隊以不同的血清指標(如 Ablumin, Globulin, AST, ALT 等)、以及肝功能受損的典型特徵之一:腹膜積水(Hydroperitoneum)等參數作為標準。結果顯示,相較於控制組,經過六週四氯化碳的處理後,大鼠出現明顯的腹膜積水,血清指標更是出現異常。但當肝臟貼片作用在腸道上(Fibrosis + Hepatic patch on gut; FG)以及肝臟表面(Fibrosis + Hepatic patch on liver; FL)時,血清指標與組織切片之結果均可大幅度回復與控制組類似 (僅處理一個星期的情況下),顯示肝臟貼片應用於大鼠體內的肝臟纖維化模型時具有良好的治療效果(圖四)。值得注意的是,FL 的療效較 FG 更為顯著,顯示此貼片應用的所在位置(肝臟大於腸道)也會影響其後續作用(圖四)。此外,在基因表現層面,肝臟貼片也被團隊後續實驗證實具有扭轉肝臟纖維化的效果,與上述血清指標與組織切片的結果一致。

圖四:肝臟貼片應用於大鼠肝臟纖維化模型的治療效果。 圖片來源:https://doi.org/10.1002/biot.20230057

在本篇小新聞中,研究團隊開發了一種以豬肝為基礎的新型肝臟貼片並應用於修復肝臟損傷與纖維化。除了在體外模型中觀察到此肝臟貼片具有:(1) 預防並減緩後續肝細胞若經過進一步損傷時的發炎程度;或 (2) 修復並提升受損肝細胞的存活率與肝機能之外、該團隊亦在大鼠體內以基因表現、血清指標、組織切片以及器官層級之實驗上證實此肝臟貼片具有治療肝臟纖維化的潛力。慢性肝臟疾病在國人死因統計一直榜上有名,更是全球長年關心的公衛議題,本篇研究所開發的新型肝臟貼片有望為減緩肝臟疾病帶來一線曙光,並作為逆轉這些肝臟慢性病的治療策略之一。

Main Article: Wu, T. Y., Hsieh, Y. C., Yin, W. R., Cheng, K. Y., & Hou, Y. T. (2024). Fabrication of a decellularized liver matrix–based hepatic patch for the repair of CCl4‐induced liver injury. Biotechnology Journal, 19(6), 2300570. https://doi.org/10.1002/biot.202300570

參考文獻:

  1. https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=616&pid=1128
  2. Kisseleva, T., Brenner, D. Molecular and cellular mechanisms of liver fibrosis and its regression. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 18, 151–166 (2021). https://doi.org/10.1038/s41575-020-00372-7
  3. Hsieh, Y. C., Yin, W. R., Xu, Y. Y., & Hou, Y. T. (2022). HGF/heparin-immobilized decellularized liver matrices as novel hepatic patches for hepatocyte regeneration in an acute liver injury model. Biochemical Engineering Journal, 180, 108354. https://doi.org/10.1016/j.bej.2022.108354
  4. Ladowski, J. M., Hara, H., & Cooper, D. K. (2021). The role of SLAs in xenotransplantation. Transplantation, 105(2), 300-307. http://doi.org./10.1097/TP.0000000000003303

 

撰稿|蕭皓文
審稿|侯詠德老師

 

About the author

蕭皓文

蕭皓文

日本東京大學醫科研究所博士候選人,研究方向為DNA複製與基因組穩定性在不同細胞類型的功能性角色。除了研究外,也特別喜歡生醫科學寫作及科普知識分享,期待在 Invesitgator 認識到各種不同研究背景的夥伴們,並一起為科學新知推廣貢獻一己之力。

同時在日本台灣生技協會 JTBA 擔任會長,期望促進在日生醫領域台灣人的交流,成為台灣與日本間的橋樑。

Leave a Comment