Las células de cáncer de hígado HepG2 son una línea celular derivada de un paciente varón blanco de 15 años con carcinocelular hepatocítico, con morfología epitelioide y características de crecimiento adherente. Estas células exhiben estructuras pequeñas similares a islas conectadas estrechamente que se proliferan en forma de lámina cuando se cultivan in vitro, y tienen una alta tasa de proliferación. La línea celular HepG2 se utiliza ampliamente en la investigación del cáncer de hígado, el metabolismo de los fármacos y la evaluación de toxicidad, y es una herramienta importante para estudiar la función hepática y las enfermedades.
Las células HepG2 expresan diversas proteínas y receptores específicos del hígado, como la albúmina alfa-fetoproteína, la albúmina, la alfa-2-macroglobulina, los receptores de insulina y los receptores IGF II. Además, también expresan 3-hidroxilasa 3-formil CoA y actividad lipasa de triglicéridos hepáticos [2,3].
Las células HepG2 requieren condiciones específicas durante el proceso de cultivo, como usar un medio de cultivo que contenga suero fetal bovino al 10%, y altas requisitos para el valor del pH y la calidad del suero del medio de cultivo [3]. Estas células se cultivan típicamente en un ambiente de 37 ℃, 95% aire y 5% dióxido de carbono.
Aunque las células HepG2 tienen muchas ventajas, como proliferación infinita, fenotipo estable y facilidad de manipulación, su expresión de función metabólica puede ser menor, y por lo tanto podría no ser tan buena como en células primarias del hígado en algunos estudios metabólicos [1]. Sin embargo, debido a su bajo costo, facilidad de manejo y accesibilidad, las células HepG2 siguen siendo un modelo indispensable en la investigación del cáncer de hígado [1].
En resumen, la línea celular HepG2 juega un papel importante en la investigación del cáncer de hígado, y sus características biológicas únicas y amplia gama de aplicaciones la convierten en una herramienta vital para la investigación del cáncer de hígado.
¿Cuál es el origen y el fondo histórico de la línea celular HepG2?
El origen y el fondo histórico de la línea celular HepG2 se remonta a 1975, cuando fue obtenida de una biopsia de tumor hepático de un niño blanco argentino de 15 años. Estos tejidos tumorales fueron descritos inicialmente como carcinoma hepatocelular (CHC), pero las investigaciones posteriores revelaron que en realidad son un tipo de hepatoblastoma (HB) [12]. Este mal clasificado llevó a confusiones durante 30 años, lo cual no se corrigió hasta que Lopez Terrada et al. investigaron las propiedades del HepG2 [12].
La línea celular HepG2 se utiliza ampliamente en la investigación científica debido a sus características funcionales únicas, que incluyen la síntesis y secreción de proteínas plasmáticas, metabolismo del colesterol y triglicéridos, metabolismo y transporte de lipoproteínas, síntesis de ácidos biliares y síntesis de glucógeno [15]. Además, se ha utilizado en campos como el metabolismo de los fármacos, toxicología humana, investigación del cáncer, enfermedades hepáticas, mecanismos de regulación génica y descubrimiento de biomarcadores [14].
Aunque la línea celular HepG2 tiene muchas ventajas como una vida útil casi infinita, fenotipo estable, alta disponibilidad y facilidad de operación, también presenta algunas desventajas. Por ejemplo, la expresión de enzimas metabolizadoras de fármacos y transportadores es limitada, y la abundancia de expresión de la mayoría de los genes CYP metabolizadores de fármacos es baja. Después del cultivo a largo plazo, los niveles de expresión de proteínas de esta línea celular pueden variar, lo que podría afectar la reproducibilidad de los datos experimentales [15].
¿Cuáles son los casos de aplicación específicos de las células HepG2 en el metabolismo de fármacos y evaluación de toxicidad?
Los casos de aplicación específicos de las células HepG2 en el metabolismo de fármacos y evaluación de toxicidad incluyen los siguientes aspectos:
1. Investigación del metabolismo de fármacos:
Células HepG2 con expresión mejorada de la enzima oCYP: Mediante el uso de tecnología de transducción por adenovirus, las células HepG2 pueden expresar enzimas citocromo P450 (CYP) específicas como CYP2C9, CYP3A4, etc., lo que puede mejorar su capacidad para estudiar el metabolismo de los fármacos. Por ejemplo, en un estudio, se utilizaron células HepG2 con expresión mejorada de la enzima CYP para evaluar cambios en los metabolitos del fármaco y predecir interacciones farmacológicas [18].
Investigación de vías metabólicas de fármacos: Las células HepG2 se utilizaron para estudiar vías metabólicas específicas, como el metabolismo del etilenodiamina. Al controlar la oxidación de metionina en la línea celular, se pueden inferir los roles de las enzimas metabolizadoras primarias y secundarias en las células HepG2 [17].
2. Evaluación de toxicidad:
Lesión hepática inducida por fármaco (DILI): Utilizando células HepG2 para expresar una o múltiples enzimas CYP, combinadas con la estrategia de cribado de alto rendimiento (HCS), se puede evaluar la toxicidad metabólica dependiente del fármaco y identificar fenotipos metabólicos susceptibles. Por ejemplo, estudios han mostrado que cuando las células HepG2 expresan niveles altos de enzimas CYP, su sensibilidad a los fármacos biológicamente activados aumenta [20].
Pruebas de hepatotoxicidad de sedantes y fármacos opioides convencionales: Línea celular HepG2/C3A, una línea celular derivada altamente funcional de HepG2, puede utilizarse para probar la hepatotoxicidad de sedantes y fármacos opioides convencionales. Estas líneas celulares son capaces de sintetizar la mayoría de las proteínas plasmáticas y tienen alta reactividad fisiológica y marcadores metabólicos, lo que las convierte en herramientas efectivas para predecir la toxicidad hepática humana [21].
Predicción de lesión hepática inducida por fármacos:Al tratar cinco fármacos hepatotóxicos en células WT-HepG2 y CYPS-UGT1A1 KI-HepG2, se encontró que el último era más sensible a la toxicidad hepática inducida por fármacos, verificando así su valor de aplicación en la predicción de lesión hepática inducida por fármacos [18].
3. Otras aplicaciones:
Investigación de los niveles de enzimas metabolizadoras de fármacos y su inducción: Se estudiaron los efectos de diferentes fármacos, como dimetilsulfóxido, extracto de té camellia, topiramato, etc., sobre las células HepG2, así como sus efectos en la tasa de supervivencia celular, función mitocondrial y metabolismo glucídico [16].
Cribado de metabolismo de fármacos y toxicidad: Las células HepG2 se utilizan ampliamente para el cribado de metabolismo de fármacos y toxicidad, especialmente en la cribada inicial de compuestos candidatos a fármacos. Por ejemplo, al detectar el efecto inhibitorio de compuestos específicos sobre los sustratos CYP específicos y cambios en la actividad celular, se puede evaluar la inhibición dependiente del tiempo y la toxicidad de los compuestos [19].
En resumen, las células HepG2 tienen amplias perspectivas de aplicación en el metabolismo de fármacos y evaluación de toxicidad debido a su estabilidad y facilidad de operación.
¿Cuáles son las diferencias específicas en la expresión de función metabólica entre las células HepG2 y las células primarias del hígado?
Las diferencias en la expresión de función metabólica entre las células HepG2 y las células primarias del hígado se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
1. Expresión de enzimas metabolizadoras de fármacos:
Enzima OCYP: Los niveles de expresión de enzimas como CYP3A4 en células HepG2 son significativamente menores que los de las células primarias del hígado, y estas enzimas juegan un papel clave en el metabolismo de fármacos [12]. Por ejemplo, la expresión de CYP3A4 en células HepG2 es solo 100-400 veces menor que en células hepáticas [12].
Enzimas de la familia OUGT: La expresión de enzimas de la familia UGT (como UGT1A1, UGT1A4, UGT1A6, UGT2B7, UGT2B15 y GSTM1) en células HepG2 es muy baja o completamente ausente, y estas enzimas juegan un papel clave en el metabolismo de diversos agentes quimioterapéuticos [12].
Enzima OSULT: No hubo diferencia significativa en la concentración de SULT1A1 y SULT2A1 entre las células hepáticas y las células HepG2, pero el nivel de SULT2A1 disminuyó en el 50% de los casos de CHC [12].
2. Expresión de proteínas transportadoras:
El nivel de proteína BSEP en células HepG2 es solo 1/100 del que existe en las células hepáticas [12].
Transportador OMRP: MRP4 no se detectó en células HepG2, mientras que los niveles de MRP3 y MRP6 fueron solo 4-20 veces mayores que en las células hepáticas [12].
3. Expresión génica y vías metabólicas:
Diferencias en expresión génica: Muchos cambios en la expresión génica relacionados con el metabolismo de fármacos y cuerpos extraños en células HepG2 pueden afectar la precisión y correlación del análisis del metabolismo de fármacos [22]. Por ejemplo, los niveles de expresión de los genes HSD17B6 y HSD17B13 son menores en las líneas celulares hepáticas que en las células primarias del hígado [22].
Metabolismo lipídico: Niveles elevados de ácido acético, creatina, isoleucina, leucina y fenilalanina en la línea celular HepG2 indican diferencias en el metabolismo lipídico [12].
4. Metabolismo energético celular:
Las células HepG2 difieren de las células primarias del hígado en términos de metabolismo energético celular, por ejemplo, las células HepG2 reducen significativamente la secreción de colesterol [23].
5. Otras funciones metabólicas:
Las células OHepG2 retienen y amplifican los cambios sistémicos relacionados con el metabolismo de sustancias endógenas y exógenas, que son similares a los observados en células de hepatoblastoma y carcinoma hepatocelular [12].
¿Cómo optimizar las condiciones de cultivo de células HepG2 para mejorar su expresión de función metabólica?
Para optimizar las condiciones de cultivo de células HepG2 y mejorar su expresión de función metabólica, se pueden considerar los siguientes puntos:
1. Selección de medio de cultivo y ajuste de composición:
Es práctica común utilizar medio DMEM o RPMI-1640 que contiene suero fetal bovino (FBS) al 10% y penicilina estreptomicina al 1% [26,29,31]. Para optimizar aún más la función metabólica, es posible considerar la adición de reguladores metabólicos específicos como glutamina y G418 [27].
2. Ambiente gaseoso y control de temperatura:
Las células deben cultivarse en un ambiente húmedo a 37 ° C y 5% CO2 [26,31]. Además, el control de las etapas de pretratamiento hipóxico y reoxigenación también tiene un impacto significativo en la función metabólica, lo cual se puede lograr mediante incubadoras modulares [27].
3. Condiciones de cultivo tridimensional:
Las condiciones de cultivo tridimensional, como el uso de cámaras CVM para cultivar en interfaces líquido-sólido, líquido-líquido y líquido-gas, pueden mejorar significativamente el rendimiento de función hepática de las células HepG2, incluyendo la secreción de albúmina, síntesis de urea y niveles de actividad CYP3A4 [34]. Además, la optimización de la proporción de hidrogeles mezclados (como PC4/Cultrex) también contribuye a la proliferación celular y diferenciación [30].
4. Balance y medición de metabolitos:
Durante el proceso de cultivo, medir regularmente la concentración de metabolitos extracelulares como glucosa, lactato, aminoácidos, etc., puede ayudar a entender el estado metabólico celular y realizar análisis cuantitativos mediante métodos como cromatografía líquida de alto rendimiento [28].
5. Modificación génica y tratamiento con fármacos:
La modificación génica de células HepG2, como la eliminación o inserción de genes específicos, puede mejorar su función metabólica. Por ejemplo, las células HepG2 que expresan el transportador de sacarosa TRET1 y el gen AfrLEA2 mostraron un mejor rendimiento en experimentos metabólicos [27]. Además, el tratamiento con fármacos, como el uso de fármacos como liraglutida, puede mejorar significativamente la función metabólica celular [24].
6. Densidad celular y condiciones de pasaje:
El cultivo por pasaje es un procedimiento rutinario cuando la densidad celular alcanza el 80%-90%. Además, ajustar la densidad de inóculo y el tiempo de cultivo, como una densidad de inóculo de 7.5x10 ^ 3 células/cuadro y un tiempo de cultivo de 7-8 días, puede obtener células diferenciadas multidireccionales de alta calidad (MCTS), mejorando así la función metabólica celular [25].
¿Cuáles son las limitaciones de la línea celular HepG2 en la investigación del cáncer de hígado y cómo se pueden superar estas limitaciones?
La línea celular HepG2 tiene una amplia gama de aplicaciones en la investigación del cáncer de hígado, pero sus limitaciones no pueden ignorarse. A continuación se presentan las principales limitaciones de la línea celular HepG2 en la investigación del cáncer de hígado y sus métodos para superarlas:
limitación
En comparación con las células hepáticas normales, las líneas celulares HepG2 tienen niveles de expresión más bajos de enzimas metabólicas clave en el hígado y usualmente tienen una capacidad metabólica menor [32]. Esto limita la capacidad de la línea celular HepG2 para predecir el metabolismo y eliminación de compuestos hepatotóxicos.
Existen diferencias significativas entre las líneas celulares HepG2 y las células hepáticas normales, como cambios en el gen P450. Además, las mutaciones del gen CTNNB1 en las líneas celulares HepG2 están asociadas con una alta incidencia de cáncer de hígado, que no son comunes en las células hepáticas normales [12].
Incluso las muestras de la misma línea celular muestran diferencias significativas, lo que podría deberse a infecciones cruzadas e infección por micoplasma [12]. Esta heterogeneidad limita su valor predictivo como modelo de cáncer.
La línea celular HepG2 tiene una expresión insuficiente de las proteínas clave involucradas en el metabolismo de sustancias y carece de transportadores de absorción y enzimas de primera fase [12]. Esto indica que se debe tener precaución al utilizar esta línea celular para predecir el metabolismo y eliminación de sustancias extrañas en células hepáticas.
Las células HepG2 son morfológicamente similares a las células hepáticas normales, pero sus mitocondrias y retículo endoplasmático están poco desarrollados, reducidos en número y estructuralmente anormales [12]. Estas diferencias estructurales pueden afectar la función y actividad metabólica celular.
métodos de superación
Para superar el problema de la baja capacidad metabólica en la línea celular HepG2 se pueden considerar otras líneas celulares de cáncer de hígado como HepaRG, que expresan más enzimas metabolizadoras de fase II y mayor actividad de transportadores de membrana [32].
Establecer un sistema de cultivo celular esférico tridimensional, este método transforma las células en forma esférica, creando un sistema más cercano al sistema fisiológico. La actividad metabólica del modelo HepG2 3D esférico, incluyendo citocromos, es mayor que la de células bidimensionales y más cercana a las células hepáticas normales [12].
Utilizando técnicas de edición génica como CRISPR-Cas9 para modificar células HepG2, los niveles de expresión de enzimas metabólicas clave se aumentan, haciéndolas más adecuadas como modelos celulares hepáticos [12].
Combinar múltiples líneas celulares de cáncer de hígado para la investigación con el fin de reducir el sesgo causado por una sola línea celular. Por ejemplo, combinar los resultados de investigación del HepG2 y otras líneas celulares de cáncer de hígado (como Huh7) puede proporcionar un soporte de datos más completo [33].
Sobre la base de experimentos in vitro, validar aún más la efectividad del compuesto en un modelo in vivo. Por ejemplo, probar la eficacia de los compuestos candidatos en un modelo de cáncer de hígado de ratón para asegurar la fiabilidad de los resultados experimentales in vitro [33].
Referencias
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