目前BLASS所用肝细胞来源至今尚未满意解决。理论上原代肝细胞最理想,但原代肝细胞因来源有限、体外培养和扩增困难、功能易丢失等而难以作为BLASS的细胞材料
[7]。人胎肝细胞在体外具有一定的增殖活性,但是其分化不成熟,功能不完善,并涉及伦理学问题,也难以广泛应用
[8]。猪肝细胞是目前BLASS比较常用的细胞,但猪肝细胞的应用存在免疫排斥及异种病毒感染等安全隐患
[9]。人源性永生化肝细胞可以有效的克服上述细胞不足,以其为材料的BLASS是目前研究的热点。C3A是一种人源性永生化肿瘤细胞,具有良好的增殖活性及肝细胞特异功能,如分泌ALB,参与尿素合成与糖原合成等
[10]。L-02肝细胞是国内使用正常人肝细胞构建的一种永生化肝细胞株,具备氨基清除及分泌白蛋白等功能,增殖迅速且传代稳定。因此,本研究采用C3A细胞和L-02细胞。
BALSS要代替肝脏,除细胞材料必须具有肝脏特异性代谢功能外,还需要大量肝细胞,至少达到15%的人肝细胞数量,即约109个数量级才有临床意义。为了满足临床对肝细胞数量的需求,传统上采取传代培养或者微载体高密度培养的方法,但其工作量大、易污染、费用高,且肝细胞经多次传代后活性下降。所以,探索出一种可靠的肝细胞低温保存方法,建立一个(ready to use)肝细胞库,可以克服肝细胞多次传代培养的缺点,是短期内获得大量肝细胞的较好方法[11]。目前肝细胞低温保存分为-80 ℃或-196 ℃深低温冻存及4 ℃低温保存两大类[12-14]。目前4 ℃UW液主要用于供肝的保存和鼠、猪等肝细胞实验性低温保存[15-16]。4 ℃保存人源性肝细胞具有即取即用的优点,因此,实验采用UW液 4 ℃保存肝细胞。
细胞膜及细胞内细胞器质膜的完整性程度是影响细胞功能的重要因素[17]。实验通过Annexin V-FITC/PI双染法,使用流式细胞仪测定细胞存活率及凋亡率发现:随低温保存时间的延长,C3A细胞与L-02细胞呈下降的趋势,尤其是48 h后细胞存活率明显下降,同4 ℃UW保存动物肝细胞的效果基本是一致的[18]。各时间点C3A细胞的存活率高于L-02细胞,但是48 h后两细胞的凋亡率差异无显著性意义,可能是C3A系高分化肿瘤细胞,对低温损伤的耐受性强于L-02细胞。尽管低温保存72 h后细胞细胞存活率明显下降,但是保存48 h时C3A及L-02细胞的存活率分别可达到(85.61±1.51)% 和(77.62±2.42)%,仍然可以满足生物人工肝的需要。反应细胞损伤程度的LDH及AST释放同细胞存活率的趋势相反,各时间点C3A细胞LDH及AST的释放明显低于L-02细胞。
作为BLASS生物材料体外培养的肝细胞,应具备体内肝细胞氨基清除功能(氯化铵转化试验)及白蛋白分泌等主要功能[19-20]。而低温保存对不同种属肝细胞氨基清除能力及白蛋白分泌的影响可能不同:Calligaris等[21]用UW液4 ℃保存鼠肝细胞72 h,发现低温保存的肝细胞氨基清除能力和尿素合成能力同新鲜细胞无明显差异。实验4 ℃保存C3A细胞及L-02细胞,其氨基清除能力及白蛋白分泌随时间延长呈下降的趋势,可能系两者为人源性永生化细胞[22],其相关酶系分化不完全,同原代鼠肝细胞相比,易于受到低温细胞损伤。但各时间点L-02细胞的尿素合成功能(氨基清除能力)明显优于C3A细胞,而L-02细胞的白蛋白分泌功能则明显低于C3A细胞。
细胞凋亡有两个独立的途径:①死亡受体途径[23-25] (外源性途径即由Fas/CD95和TNFR介导的通路)。②线粒体途径(内源性途径即Cty.C,Caspase3等介导的通路)[26-27]。有关肝细胞在低温保存过程中死亡的机制尚未完全阐明,除了冰晶形成、渗透压改变及化学改变如pH外,Fu等[28]在肝细胞深低温冻存复苏后,采用膜联蛋白相关的TUNEL法、流式细胞术及DNA梯度分析发现:同未冻存细胞相比,冻存后洗白凋亡指数明显增加。Kao[18]用UW液4 ℃低温保存鼠肝细胞24 h发现:同新鲜细胞相比,低温保存细胞凋亡指数明显增加,同时伴有热休克蛋白表达的下降。本实验也通过流式细胞术分析发现:随低温保存时间的延长,C3A细胞和L-02细胞细胞凋亡率呈增加的趋势。因此,细胞凋亡是除了坏死之外[29-30],低温保存肝细胞死亡的另一个重要途径。
综上,UW液4 ℃保存C3A细胞与L-02细胞保存48 h后细胞存活率下降教明显,因此保存时间不易超过48 h。C3A细胞的白蛋白分泌功能明显优于L-02细胞,而L-02细胞的氨基清除能力(尿素合成功能)优于C3A细胞,因此推断以L-02细胞为材料的BLASS可能更适用于肝功能衰竭合并肝性脑病,以C3A细胞为材料的BLASS更适用于肝功能衰竭合并低白蛋白血症。