前言

第一章 前言

1.1 背景

肝臟是人體最重要的器官之一，具備了蛋白質合成、營養物質的代謝及氨等 化合物的解毒功能 (Hou et al., 2012) ，然而肝臟的基礎研究往往受限於無法完全 模擬體內的情況，最終仍須進行大量的動物實驗來得以佐證，因此如何在減少動 物實驗及人體實驗的前提下，建立一個能精準模擬體內環境的藥物/毒物檢測平台 相信是所有人類的共同願景 (Rajendran et al., 2017) 。

現今發展的肝臟晶片 (Liver-on-chip，LOC) 已行之有年，有團隊利用微流道 系統 (Microfluidic system) 仿微血管結構以模擬肝臟細胞在體內所受流體壓力及 擴散狀態 (Lee et al., 2007) ，亦有另外的團隊利用 U-shape 的設計將肝細胞三次元 球 (Spheroid) 限制在流道內進行 3D 培養 (Yu et al., 2010) ，除此之外，也有研 究團隊在流道上進行肝細胞三次元球與內皮細胞的共培養 (Yamada et al., 2012) 。 而在 2016 年 Ljupcho P. 與團隊更進一步利用雙層微流道來模擬肝臟內不同種類 的細胞在體內的分佈情況 (Prodanov et al., 2016) ，這樣的創新做法使一般認知無 法在體外培養 (in vitro cultures) 中有辦法長時間生存的初代肝細胞 (Primary hepatocyte) ，有可能在適當的體外流道培養環境下仍能維持至少四週的生存活性 及機能。然而，微流道的多層設計及不同種類細胞的共培養都有其一定的製作及 培養上的困難性，應而侷限了肝臟生物晶片在學界及產業界被大力推廣的可能 性。

doi:10.6342/NTU201803374 hepatocellular cells，HepG2) 及初代肝實質細胞 (Primary hepatocyte) ，然而肝癌 細胞株無法真實模擬肝臟機能 (Wilkening, Stahl and Bader, 2003) ；而初代肝實質 細 胞 在 體 外 培 養 亦 會 隨 著 時 間 而 逐 漸 失 去 其 肝 臟 細 胞 的 特 性 ， 最 後 更 因 為 Epithelial-mesenchymal transition (EMT) 的機制，使初代肝細胞去分化而成為纖維 細胞 (Fibroblast) (Choi and Diehl, 2009; Zeisberg et al., 2007) ，因此初代肝細胞一 般認為無法在體外進行長時間的培養。小型肝細胞 (Small hepatocyte) 被認為是肝 (Bilirubin metabolism) 等 (Ishii et al., 2017) 。小型肝細胞不但可以分化成具有膜極 性，分泌能力和運動性的初代肝細胞，亦能增殖且在體外的長時間培養環境下維 持機能，因此被認為是用於肝組織重建的合適細胞來源 (Avril et al., 2004; Mitaka et al., 1995) 。

因此，本研究希望就目前藥物研發及測試之需求，嘗試以小型肝細胞來建立 更貼近生理下肝臟功能之器官晶片。

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1.3 研究架構

本研究第一步先以小型肝細胞作為初步研究對象，確認以論文之方式採集之 細胞為小型肝細胞後，之後再進一步確認小型肝細胞相較於成熟肝細胞在進行體 外培養的機能及活性有較高的表現，且有更長的細胞機能的維持時間。另一方面，

我們擬嘗試以 PMMA 微流道，而非一般所使用的 PDMS 微流道系統，作為肝臟 細胞的培養平台，因 PMMA 製程步驟相較 PDMS 更來的簡單快速。此外，本研 究亦針對 PMMA 微流道之製作方式進行探討並測試 PMMA 之對細胞生長是否 有影響，最後將細胞於 PMMA 微流道上進行培養，並檢測其肝細胞生存率與肝 機能，並與其於 Dish 上培養之結果進行比較。

圖 1-1 肝細胞培養技術應用於 PMMA 肝臟晶片的開發之示意圖

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