图1：普通 PS-ASO 与 GalNAc-PS-ASO 在巨噬细胞和原代肝细胞中的摄取动力学。

同一种 ASO，在不同细胞类型中可能表现出截然不同的摄取动力学。
GSK 团队的海报显示，GalNAc 偶联对巨噬细胞摄取的影响与肝细胞存在明显差异，提示 ASO 的细胞分布不能简单地通过单一细胞模型进行推断。

二、从 2D 细胞，到真正“像肝脏一样”的 3D 微环境
这也是器官芯片开始发挥价值的地方。GSK 团队随后将研究从单一细胞体系进一步推进到 3D 复杂体外模型（Complex In Vitro Model，CIVM）。

在 GSK 公开的研究海报中，研究人员将人原代肝细胞与 Kupffer 细胞按照 10:1 的比例进行 3D 共培养，并在连续培养 7 天后加入不同浓度的荧光标记 ASO，随后分析最长 48 小时内的药物摄取和分布。

这一设计使研究人员能够同时观察：

• Kupffer 细胞对 ASO 的摄取
• 肝细胞对 ASO 的摄取
• 圆形与立方形肝细胞之间的差异
• ASO 在不同细胞类型之间的竞争性分布
• ASO 在细胞内的空间定位

而这项研究中的 3D 共培养模型，就是在 CN Bio PhysioMimix 器官芯片系统上完成的。

图2：CN Bio Chip 的支架具有多孔结构。GSK 研究团队利用 CN Bio 3D 肝脏模型研究 ASO 在复杂肝脏微环境中的细胞分布。人肝细胞与 Kupffer 细胞在 CN Bio 芯片中进行 3D 共培养，为研究 ASO 在不同肝脏细胞之间的竞争性摄取及细胞内分布提供了更接近生理环境的体外模型。图片来源：GSK COMI 公开海报，2022。

细胞不仅分布于支架表面，也沿孔道内部生长；研究人员进一步利用共聚焦、无标记 CARS/SRS 以及 Light-sheet microscopy 观察 ASO 分布和肝细胞表型。

三、2024 年研究进一步回答：GalNAc 真的一定“更好吗”？
2024 年发表在 Lab on a Chip 的研究，则进一步将这一问题推进到了更加精细的层面。

研究团队使用 CN Bio PhysioMimix 构建了由原代人肝细胞（PHH）和 Kupffer 细胞（KC）组成的 3D 灌流肝脏 MPS 模型，PHH 与 KC 比例为 10:1。细胞在多孔支架上培养，并通过持续流动的培养液形成更接近肝脏微环境的营养和氧梯度。

随后，研究人员比较了：非靶向 ASO vs. GalNAc-ASO 在不同浓度和不同时间点下的摄取情况。这一次，研究不再只是回答“ASO 有没有进入细胞”，而是进一步回答：进入得多快？进入多少？在哪些细胞中？不同浓度下是否仍然保持相同趋势？

四、研究结果：GalNAc 的优势可能取决于“时间”和“剂量”
结果非常有意思。在 2 μM 浓度、给药 1 小时后，GalNAc-ASO 在肝脏芯片模型中的平均细胞摄取水平明显高于非靶向 ASO。但到了 4 小时，非靶向 ASO 的整体摄取反而超过 GalNAc-ASO。

进一步改变药物浓度后，研究人员发现：

• 2 μM： GalNAc-ASO 在 1 小时内表现出更高摄取；
• 10 μM 和 50 μM： 非靶向 ASO 的平均细胞摄取反而更高。

研究者认为，这可能与 GalNAc-ASGPR 介导的摄取途径在较高浓度下出现受体饱和有关。

换句话说：“靶向”并不意味着在所有时间、所有浓度以及所有细胞环境下都一定产生更高的细胞摄取。这正是复杂 3D 模型能够提供的重要信息。

图3：同样是 ASO，摄取效率会随着时间和剂量发生变化。通过多光子荧光成像，研究人员对肝脏芯片中的 ASO 摄取进行了定量分析。结果显示，GalNAc-ASO 在早期时间点具有更高的摄取水平，但随着时间和浓度变化，两种 ASO 表现出不同的摄取动力学。

五、真正重要的可能不是“进入了多少”，而是“进入了谁”
如果只看整个芯片的平均荧光强度，很容易忽略一个问题：不同肝细胞可能并没有以相同方式摄取 ASO。

2024 年的研究进一步对肝脏芯片中的立方形肝细胞（cuboidal hepatocytes）进行了分析。研究发现，在给药 1 小时后，GalNAc-ASO 在立方形肝细胞中的摄取明显高于非靶向 ASO。同时，通过成像可以看到，ASO 信号主要分布在细胞核样结构附近，而不是简单均匀分布于整个细胞质。

这意味着：肝脏器官芯片不仅能够告诉我们“药物有没有进入肝脏”，还可以进一步帮助研究“药物进入了什么样的肝细胞，以及在细胞内如何分布”。
 

图4：从“芯片尺度”到“单细胞尺度”的 ASO 分布分析。

研究结果显示，在立方形肝细胞中，1 小时后 GalNAc-ASO 的摄取明显高于非靶向 ASO。

六、为什么“3D + 灌流 + 多细胞”如此重要？
传统 2D 细胞实验能够告诉我们药物是否被细胞摄取，但它很难同时重现：细胞类型之间的相互作用、3D 组织结构、营养/氧梯度、动态流体环境、不同细胞对药物的竞争性摄取。

而 PhysioMimix 肝脏 MPS 通过多孔支架和持续灌流，使肝细胞与 Kupffer 细胞形成更加复杂的 3D 微组织环境。

在 2024 年的研究中，PHH 和 KC 被接种到胶原包被的多孔支架上，培养过程中培养液持续通过组织结构流动，从而形成氧梯度；研究人员进一步利用这一模型开展 ASO 暴露和成像研究。

这使器官芯片成为连接：2D 细胞实验 → 3D 复杂体外模型 → 动物实验 → 临床 之间的重要桥梁。

七、当“看见药物”变得和“测量药物”一样重要
这项研究还有一个非常值得关注的方向：多模态成像。

研究人员并没有只依赖荧光。他们同时使用了：

• Multiphoton microscopy
• SRS（Stimulated Raman Scattering）
• SLAM（Simultaneous Label-free Autofluorescence Multiharmonic）
• Light-sheet fluorescence microscopy

从而同时获取：药物分布 + 细胞形态 + 化学组成 + 3D 空间信息。其中，SLAM 成像能够在肝脏芯片孔结构中观察到深达约 150 μm 的细胞结构，而 Light-sheet microscopy 进一步实现了约 250 μm 深度的完整 3D 可视化。

图5：从“荧光信号”走向“无标记成像”：多模态技术让 3D 药物分布可视化

八、从 Bepirovirsen 获批，我们可以看到什么？
2026 年 Bepirovirsen 在日本获批，是 ASO 药物发展中的一个重要里程碑。GSK 目前也已向中国、美国和欧洲等监管机构推进相关注册进程；其中，美国 FDA 已接受 Bepirovirsen 的 NDA 优先审评，并给予突破性疗法认定，PDUFA 日期为 2026 年 10 月 26 日。

但从药物研发的角度看，这个故事的意义并不仅仅在于“一款新药获批”。它更体现了一个正在发生的变化：随着 ASO、siRNA 等核酸药物不断进入临床，研发人员需要越来越深入地理解药物在人体相关组织中的分布、细胞摄取和亚细胞定位。而这也正是器官芯片能够发挥价值的地方。

九、从“有没有效”到“为什么有效”
对于新一代核酸药物而言，未来的药物研发问题可能会逐渐从：Drug → Cell → Response

进一步变成：Drug → Tissue → Cell type → Intracellular distribution → Molecular response

这要求体外模型不仅能够提供一个“平均值”，还能够尽可能保留人体组织中的空间信息和细胞异质性。

GSK 团队的系列研究恰恰展示了这一点：从 2D 细胞，到 3D 肝细胞/Kupffer 细胞共培养，再到 CN Bio PhysioMimix 肝脏 MPS，最终结合多光子、SRS 和 Light-sheet 等成像技术，对 ASO 的摄取和分布进行多尺度分析。这为 ASO 药物的靶向性评价、PK/PD 研究、细胞摄取机制研究以及候选药物筛选提供了一条更加接近人体生理环境的研究路径。

十、CN Bio PhysioMimix：让复杂药物行为在体外“被看见”
上海曼博生物医药科技有限公司作为 CN Bio 在中国的合作伙伴/独家代理商，我们也希望通过这些真实的科研案例，让更多研究人员看到器官芯片真正能够解决的问题：不是简单地把 2D 细胞“变成 3D”，而是通过更加接近人体组织的微环境，帮助研究人员回答传统模型难以回答的问题。

对于 ASO 及其他核酸药物研发而言，可以进一步围绕：

• 细胞摄取与分布
• 靶向递送效率
• 不同细胞类型之间的药物竞争
• 剂量-时间关系
• 肝脏代谢与毒性
• PK/PD 相关研究
• 候选药物筛选与机制研究

建立更加接近人体生理环境的体外研究体系。

而从 GSK 围绕 Bepirovirsen 开展的系列研究来看，3D 肝脏器官芯片与成像技术的结合，正在让我们从“药物有没有进入组织”，进一步走向“药物究竟进入了哪种细胞、进入了哪里、以怎样的时间和剂量规律发挥作用”。一款 ASO 药物的研发故事，也许正在重新定义“体外模型”的价值。从细胞，到组织；从平均值，到空间分布；从终点检测，到动态机制；从传统体外实验，到更接近人体生理环境的复杂体外模型。

图6：CN Bio 一款经过 FDA 验证过的微流控器官芯片。共同推进器官芯片技术标准化与临床传化。

CN Bio PhysioMimix——让更复杂的生物学问题，在体外得到更接近人体的答案。想了解 CN Bio PhysioMimix 如何用于核酸药物、肝脏药物代谢及毒性研究？欢迎联系我们，获取更多应用案例、技术资料及实验方案。

参考文献
[1]Jan Majer, Aneesh Alex, Jindou Shi, Eric J. Chaney, Prabuddha Mukherjee, Darold R. Spillman, Marina Marjanovic, Carla F. Newman, Reid M. Groseclose, Peter D. Watson, Stephen A. Boppart, Steve R. Hood; Multimodal imaging of a liver-on-a-chip model using labelled and label-free optical microscopy techniques. Lab Chip 2024; 24 (19): 4594–4608. https://doi.org/10.1039/d4lc00504j

本文基于GSK、CN Bio公开研究资料及相关技术内容由CN Bio中国合作伙伴/独家代理商上海曼博生物整理，用于科研信息分享与实验参考。上海曼博生物可提供CN Bio PhysioMimix肝脏器官芯片系统（点击查看），支持ASO、siRNA等核酸药物的细胞摄取与分布、GalNAc靶向递送、肝脏药物代谢与毒性、PK/PD及候选药物筛选等研究应用。