韩国化学研究院开发无损人工器官的脂肪肝测量技术

韩国研究团队开发出了可用于评估脂肪肝治疗新药药效的疾病模型人工器官以及非破坏性硬度分析技术。

韩国化学研究院16日表示，Kim Hyunwoo、Bae Myeongae 博士团队在构建模拟非酒精性脂肪肝疾病的人工器官的同时，开发出了一种在最大限度减少细胞损伤的前提下，能够定量测量组织特定部位强度的纳米探针分析技术。

自左起为 Bae Myeongaeh 化学研究院责任研究员（通讯作者）、Shin Daeseob 研究员（第一作者）、Kim Hyeonu 责任研究员（通讯作者）。化学研究院提供

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非酒精性脂肪肝即使不饮酒，也会因过度饮食或缺乏运动导致脂肪在肝细胞内堆积，使肝脏变得松软，由此开始。随后类似胶原蛋白的纤维性物质过度生成，肝脏逐渐变硬，经历肝硬化阶段，最终发展为肝癌等威胁生命的疾病。

在肝病新药开发中，需要向模拟疾病的人工器官中加入候选药物，反复测量和分析其反应。传统检测方法是持续按压疾病模型人工肝脏的整个区域直至被破坏，以测量肝组织的硬度。因此无法在存活状态下持续测量，也无法获得特定位置的硬度信息。

研究团队开发出了一项能够在脂肪肝疾病状态下制备的人工器官“肝类器官”仍处于存活状态时进行测量的技术。通过纳米级别的微小压力选择性按压狭小区域，并结合分析测量值的计算公式，实现了在不破坏人工器官的情况下，对不同位置的硬度进行定量测量。

研究团队首先利用荧光染料对人工器官进行染色，使脂肪堆积部位发出强烈荧光，从而先行确定位置。随后在相应部位采用“用极小的棒状物（纳米探针）施加微小压力”的方式，测量纳米探针按压人工器官时发生弯曲的程度。将测量结果代入研究团队开发的数学计算公式进行分析后，便可用称为杨氏模量（Young’s modulus）的定量数值来表征因脂肪堆积导致的硬度变化。

利用纳米探针对脂肪肝疾病模型人工器官进行无损硬度测定与分析的技术。化学研究院供图

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以往的方法为了固定人工器官，需要药剂处理，导致其死亡；而此次的纳米探针技术则可以在维持人工器官持续存活状态的培养液中加以应用。此外，仅按压约5微米（μm）的浅层深度，对肝组织几乎不会造成任何损伤。

研究团队将“纳米探针硬度测量技术”应用于非酒精性脂肪肝模型类器官后发现，荧光较强的脂肪堆积部位，其硬度以杨氏模量为基准，比荧光较弱部位大约软35%。也就是说，成功精确找到并测量了目标区域。

通过脂肪堆积的荧光图像来确定测量位置后，与随机测量方式相比，整体测量时间缩短了一半以上；测量结束后肝细胞存活率仍保持在97%以上，组织损伤被降至最低。

韩国化学研究院院长 Lee Youngkuk 表示：“在脂肪肝新药开发时，可以更加方便地分析疾病模型的变化”，“预计不仅在肝病领域，在其他疾病新药开发过程中也将得到广泛应用。”

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此次研究成果于2023年12月发表在国际学术期刊《ACS生物材料科学与工程（ACS Biomaterials Science and Engineering，影响因子：5.5）》上。Kim Hyunwoo、Bae Yeongae 作为韩国化学研究院的通讯作者参与，Shin Daeseob 作为第一作者参与。（论文题目：Local stiffness Measurement of Hepatic Steatosis Model Liver Organoid by Fluorescence Imaging-Assisted Probe Indentation）

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