非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是世界范围内最常见的慢性肝病。在发达国家，30%的人患有此病，而在美国，大约25%的人患有此病。这种疾病的风险因素包括肥胖、糖尿病、高胆固醇和不良的饮食习惯，但没有这些风险因素的人也不能排除在外。

肝脏中通常有少量脂肪;然而，如果脂肪占肝脏的5%或更多，就被认为是NAFLD，必须进行管理以设法避免更严重的疾病进展。在最坏的情况下，NAFLD可能导致肝脏肿胀和炎症、肝纤维化或肝瘢痕、肝衰竭或肝癌。

肝脏是一个复杂的器官，参与NAFLD进展的生理事件涉及多个步骤和肝脏中发现的不同种类的细胞。肝脏中脂肪酸的异常积累会触发名为Kupffer细胞的免疫细胞以及肝脏血管的内皮细胞，释放信号分子和化学反应分子。这些分子刺激肝星状细胞合成并沉积纤维化蛋白，从而导致肝脏疤痕的形成。

NAFLD可以通过健康饮食和锻炼以及减肥和/或控制体重来控制，但目前还没有明确的治疗或治愈方法。开发治疗方法的主要困难之一是没有准确的NAFLD模型来测试治疗效果。动物模型不能真正代表人类NAFLD的进程，过去开发的人类模型也有很大局限性。一个已经建立的、相对先进的“人工纤维化模型”可刺激疾病进程的最终纤维化发展部分，但它与疾病发展的观察结果并不完全相关。

来自日本太崎生物医学创新研究所(TIBI)的一个合作团队开发了一种先进的、多细胞的、结构上具有代表性的“liver-on-a-chip”肝脏芯片模型，该模型可模拟NAFLD的全部进程。该模型包含了参与该序列的所有四种人类原代细胞:Kupffer细胞、内皮细胞、星状细胞和肝细胞。

在金字塔形微孔阵列中，细胞混合在一起可生长成多细胞微组织，调整细胞数量和比例，以产生最佳形状的微组织，按照与自然形成的肝组织类似的营养和氧浓度条件维持微组织，然后将微组织包埋在凝胶状培养基中，使这些组织能更好地模拟天然肝组织的结构和细胞间的相互作用。

研究小组在验证肝星状细胞在NAFLD中的作用的实验中使用了这种多细胞芯片肝脏模型。研究结果表明，肝星状细胞似乎参与了血管的形成、化学反应性化合物的产生，并在一定程度上参与了脂肪酸的积累。他们还得出结论，星状细胞可能与Kupffer和其他肝细胞相互作用，产生某些信号分子。所有这些事件都是NAFLD全面进展的关键组成部分。

研究小组还测试了在模型中加入脂肪酸的效果。结果表明，脂肪酸和活跃的星状细胞的存在加速了炎症反应，增加了纤维化蛋白的产生，进一步验证了该模型对NAFLD自然进程的模拟。

随后的实验比较了TIBI的NAFLD模型和之前提到的转化生长因子(TGF)-β驱动的人工纤维化模型。当比较两种模型时，TIBI的纤维化模型更好地模拟NAFLD的自然进程，比人工纤维化模型显示出更高水平的脂肪积累和纤维化分子。

此外，研究小组测试了两种模型对抗纤维化药物的反应。实验表明，TIBI的NAFLD模型在药物输送时表现出更强大的药物转运和代谢反应。如果将该模型用于筛选潜在的NAFLD治疗药物，这一发现具有重要意义。

TIBI团队成员Junmin Lee博士说:“我们的多细胞肝芯片系统是一种实验室模型，比以前的模型更先进，更全面地反映NAFLD的自然进程。”

TIBI的NAFLD模型有望用来阐明这种疾病背后的机制，并测试可能的药物治疗效果。通过从单个患者身上获取所需的全部细胞阵列，并使用它们创建定制的疾病模型，有潜力实现个性化治疗。

“这里描述的多细胞模型是我们在开发个性化生理模型方面所做工作的一个典范，”Ali Khademhosseini博士说，他是Terasaki研究所的主任和首席执行官。“它有可能帮助发现一种流行的、可能致命的疾病的治疗方法。”