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Establishing a human liver-on-a-chip model in vitro
Jan Niclas Block
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Biology
Betreuer*in
Alina Karoline Nussbaumer-Pröll
DOI
10.25365/thesis.82058
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24649.96466.558450-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Arzneimittelinduzierte Leberschäden (Drug-Induced Liver Injury, DILI) stellen eine große Herausforderung in der Arzneimittelentwicklung dar und verdeutlichen den Bedarf an humanrelevanten präklinischen Modellen. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung und funktionelle Validierung eines perfundierten humanen Liver-on-a-Chip-Modells unter Verwendung differenzierter HepaRG-Zellen und immortalisierter humaner lebersinusoidaler Endothelzellen (LSECs) auf der Dynamic42-Dual-Channel-Mikrofluidikplattform. Differenzierte HepaRG-Zellen und LSECs wurden auf gegenüberliegenden Seiten einer porösen Membran ausgesät, um kompartimentalisierte Kokulturen unter kontinuierlicher vaskulärer Perfusion zu etablieren. Die Funktionalität des Modells wurde durch Behandlung mit Staurosporin als Positivkontrolle sowie den klinisch relevanten Antibiotika Levofloxacin und Meropenem untersucht. Zelluläre Reaktionen wurden mittels täglicher Hellfeldmikroskopie sowie durch Quantifizierung der Freisetzung von Laktatdehydrogenase (LDH) bewertet. Während des gesamten Versuchszeitraums konnten stabile Kokulturen erfolgreich aufrechterhalten werden. Staurosporin führte zu ausgeprägten morphologischen Veränderungen sowie einer deutlich erhöhten LDH-Freisetzung in beiden Zellkompartimenten und bestätigte damit die Fähigkeit des Modells, akute Zytotoxizität nachzuweisen. Im Gegensatz dazu verursachten Levofloxacin und Meropenem im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen weder relevante morphologische Veränderungen noch eine erhöhte LDH-Freisetzung, was mit ihrem geringen intrinsischen hepatotoxischen Potenzial bei klinisch relevanten Konzentrationen übereinstimmt. Zusammenfassend konnte ein robustes und reproduzierbares HepaRG-LSEC-Liveron-a-Chip-Modell erfolgreich etabliert werden. Die Plattform stellt ein physiologisch relevantes In-vitro-Modell zur Untersuchung akuter arzneimittelinduzierter Zytotoxizität dar und bietet eine vielversprechende Grundlage für eine verbesserte präklinische Sicherheitsbewertung von Arzneimitteln bei gleichzeitiger Reduktion von Tierversuchen.
Abstract
(Englisch)
Drug-induced liver injury (DILI) remains a major challenge in drug development, highlighting the need for human-relevant preclinical models. This study aimed to establish and functionally validate a perfused human Liver-on-a-Chip model using differentiated HepaRG cells and immortalized human liver sinusoidal endothelial cells (LSECs) cultured on the Dynamic42 dual-channel microfluidic platform. Differentiated HepaRG cells and LSECs were seeded on opposite sides of a porous membrane to generate compartmentalized co-cultures under continuous vascular perfusion. Model functionality was evaluated by exposure to staurosporine as a positive control and the clinically relevant antibiotics levofloxacin and meropenem. Cellular responses were assessed by daily brightfield microscopy and quantification of lactate dehydrogenase (LDH) release. Stable co-cultures were successfully maintained throughout the experimental period. Staurosporine induced pronounced morphological deterioration and markedly increased LDH release in both cellular compartments, demonstrating the model’s ability to detect acute cytotoxicity. In contrast, levofloxacin and meropenem caused neither significant morphological alterations nor increased LDH release compared with untreated controls, consistent with their low intrinsic hepatotoxic potential at clinically relevant concentrations. In conclusion, a robust and reproducible HepaRG–LSEC Liver-on-a-Chip model was successfully established. The platform provides a physiologically relevant in vitro system for investigating acute drug-induced cytotoxicity and represents a promising tool for improving preclinical drug safety assessment while supporting the reduction of animal experimentation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Lebermodell
Schlagwörter
(Englisch)
Liver-on-a-chip
Autor*innen
Jan Niclas Block
Haupttitel (Englisch)
Establishing a human liver-on-a-chip model in vitro
Paralleltitel (Deutsch)
Etablierung eines humanen Liver-on-a-Chip-Modells in vitro
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
vii, 63 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Alina Karoline Nussbaumer-Pröll
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
44 Medizin > 44.11 Präventivmedizin
AC Nummer
AC18044880
Utheses ID
82730
Studienkennzahl
UA | 066 | 865 | |