The poor metabolic ability of cell lines fails to meet the requirements of an in vitro model for drug interaction testing which is crucial for the development or clinical application of drugs. Herein, we describe a liver sinusoid-on-a-chip device composed of four kinds of transformed cell lines (HepG2 cells, LX-2 cells, EAhy926 cells, and U937 cells) that were ordered in a physiological distribution with artificial liver blood flow and biliary efflux flowing in the opposite direction. This microfluidic device applied three-dimensional culturing of HepG2 cells with high density (107 ml−1), forming a tightly connected monolayer of EAhy926 cells and achieving the active transport of drugs in HepG2 cells. Results showed that the device maintained synthetic and secretory functions, preserved cytochrome P450 1A1/2 and uridine diphosphate glucuronyltransferase enzymatic activities, as well as sensitivity of drug metabolism. The cell lines derived device enables the investigation of a drug-drug interaction study. We used it to test the hepatotoxicity of acetaminophen and the following combinations: “acetaminophen + rifampicin,” “acetaminophen + omeprazole,” and “acetaminophen + ciprofloxacin.” The variations in hepatotoxicity of the combinations compared to acetaminophen alone, which is not found in a 96-well plate model, in the device were −17.15%, 14.88%, and −19.74%. In addition, this result was similar to the one tested by the classical primary hepatocyte plate model (−13.22%, 13.51%, and −15.81%). Thus, this cell lines derived liver model provides an alternative to investigate drug hepatotoxicity, drug-drug interaction.

1.
L. A.
Vernetti
,
A.
Vogt
,
A.
Gough
, and
D. L.
Taylor
,
Clinics in Liver Disease
21
,
197
(
2017
).
2.
W.
Zhang
,
L.
Chen
,
H.
Feng
,
W.
Wang
,
Y.
Cai
,
F.
Qi
,
X.
Tao
,
J.
Liu
,
Y.
Shen
,
X.
Ren
,
X.
Chen
,
J.
Xu
, and
Y.
Shen
,
Free Radic. Biol. Med.
112
,
24
(
2017
).
3.
S. J.
Kwon
,
D. W.
Lee
,
D. A.
Shah
,
B.
Ku
,
S. Y.
Jeon
,
K.
Solanki
,
J. D.
Ryan
,
D. S.
Clark
,
J. S.
Dordick
, and
M.
Lee
,
Nat. Commun.
5
,
3739
(
2014
).
4.
K.
Yu
,
S.
Nadanaciva
,
P.
Rana
,
D. W.
Lee
,
B.
Ku
,
A. D.
Roth
,
J. S.
Dordick
,
Y.
Will
, and
M.
Lee
,
Arch. Toxicol.
92
(
3
),
1295
1310
(
2017
).
5.
Y.
Zhuo
,
J.
Wu
,
X.
Yan
,
M.
Guo
,
N.
Liu
,
H.
Zhou
,
L.
Liu
, and
N.
Li
,
Anal. Chem.
89
,
13167
(
2017
).
6.
Y.
Weng
,
S.
Chang
,
M.
Shih
,
S.
Tseng
, and
C.
Lai
,
Adv. Mat.
29
,
1701545
(
2017
).
7.
R. L.
Sison-Young
,
V. M.
Lauschke
,
E.
Johann
,
E.
Alexandre
,
S.
Antherieu
,
H.
Aerts
,
H. H. J.
Gerets
,
G.
Labbe
,
D.
Hoët
,
M.
Dorau
,
C. A.
Schofield
,
C. A.
Lovatt
,
J. C.
Holder
,
S. H.
Stahl
,
L.
Richert
,
N. R.
Kitteringham
,
R. P.
Jones
,
M.
Elmasry
,
R. J.
Weaver
,
P. G.
Hewitt
,
M.
Ingelman-Sundberg
,
C. E.
Goldring
, and
B. K.
Park
,
Arch. Toxicol.
91
,
1385
(
2017
).
8.
Y.
Liu
,
H.
Li
,
S.
Yan
,
J.
Wei
, and
X.
Li
,
Biomacromolecules
15
,
1044
(
2014
).
9.
N. I.
Kalinina
,
V. Y.
Sysoeva
,
K. A.
Rubina
,
Y. V.
Parfenova
, and
V. A.
Tkachuk
,
Acta Naturae
3
(
4
),
30
37
(
2011
).
10.
F.
Zheng
,
F.
Fu
,
Y.
Cheng
,
C.
Wang
,
Y.
Zhao
, and
Z.
Gu
,
Small
12
,
2253
(
2016
).
11.
J.
Deng
,
Y.
Qu
,
T.
Liu
,
B.
Jing
,
X.
Zhang
,
Z.
Chen
,
Y.
Luo
,
W.
Zhao
,
Y.
Lu
, and
B.
Lin
,
Microphysiol. Syst.
2
,
8
(
2018
).
12.
T.
Osaki
,
V.
Sivathanu
, and
R. D.
Kamm
,
Curr. Opin. Biotechnol.
52
,
116
(
2018
).
13.
Y.
Qu
,
F.
An
,
Y.
Luo
,
Y.
Lu
,
T.
Liu
,
W.
Zhao
, and
B.
Lin
,
Biomaterials
155
,
41
(
2018
).
14.
X.
Yang
,
K.
Li
,
X.
Zhang
,
C.
Liu
,
B.
Guo
,
W.
Wen
, and
X.
Gao
,
Lab Chip
18
(
3
),
486
495
(
2018
).
15.
Y.
Wang
,
L.
Wang
,
Y.
Zhu
, and
J.
Qin
,
Lab Chip
18
(
6
),
851
860
(
2018
).
16.
J. U.
Lind
,
M.
Yadid
,
I.
Perkins
,
B. B.
O’Connor
,
F.
Eweje
,
C. O.
Chantre
,
M. A.
Hemphill
,
H.
Yuan
,
P. H.
Campbell
,
J. J.
Vlassak
, and
K. K.
Parker
,
Lab Chip
17
(
21
),
3692
3703
(
2017
).
17.
N.
Mori
,
Y.
Morimoto
, and
S.
Takeuchi
,
Biomaterials
116
,
48
(
2017
).
18.
D. F. G.
Hendriks
,
L.
Fredriksson Puigvert
,
S.
Messner
,
W.
Mortiz
, and
M.
Ingelman-Sundberg
,
Sci. Rep.
6
,
35435
(
2016
).
19.
F.
Yu
,
R.
Deng
,
W.
Hao Tong
,
L.
Huan
,
N.
Chan Way
,
A.
IslamBadhan
,
C.
Iliescu
, and
H.
Yu
,
Sci. Rep.
7
,
14528
(
2017
).
20.
K.
Rennert
,
S.
Steinborn
,
M.
Gröger
,
B.
Ungerböck
,
A.
Jank
,
J.
Ehgartner
,
S.
Nietzsche
,
J.
Dinger
,
M.
Kiehntopf
,
H.
Funke
,
F. T.
Peters
,
A.
Lupp
,
C.
Gärtner
,
T.
Mayr
,
M.
Bauer
,
O.
Huber
, and
A. S.
Mosig
,
Biomaterials
71
,
119
(
2015
).
21.
X.
Li
,
S. M.
George
,
L.
Vernetti
,
A. H.
Gough
, and
D. L.
Taylor
,
Lab Chip
18
,
2614
(
2018
).
22.
Y.
Toh
,
T. C.
Lim
,
D.
Tai
,
G.
Xiao
,
D.
van Noort
, and
H.
Yu
,
Lab Chip
9
,
2026
(
2009
).
23.
Y. B. A.
Kang
,
T. R.
Sodunke
,
J.
Lamontagne
,
J.
Cirillo
,
C.
Rajiv
,
M. J.
Bouchard
, and
M.
Noh
,
Biotechnol. Bioeng.
112
,
2571
(
2015
).
24.
H. M. M.
Ahmed
,
S.
Salerno
,
S.
Morelli
,
L.
Giorno
, and
L.
De Bartolo
,
Biofabrication
9
(
2
),
025022
(
2017
).
25.
S.
Lee
,
D. Y.
No
,
E.
Kang
,
J.
Ju
,
D.
Kim
, and
S.
Lee
,
Lab Chip
13
,
3529
(
2013
).
26.
M.
Jang
,
P.
Neuzil
,
T.
Volk
,
A.
Manz
, and
A.
Kleber
,
Biomicrofluidics
9
(
3
),
034113
(
2015
).
27.
H. S.
Kruitwagen
,
L. A.
Oosterhoff
,
I. G. W. H.
Vernooij
,
I. M.
Schrall
,
M. E.
van Wolferen
,
F.
Bannink
,
C.
Roesch
,
L.
van Uden
,
M. R.
Molenaar
,
J. B.
Helms
,
G. C. M.
Grinwis
,
M. M. A.
Verstegen
,
L. J. W.
van der Laan
,
M.
Huch
,
N.
Geijsen
,
R. G.
Vries
,
H.
Clevers
,
J.
Rothuizen
,
B. A.
Schotanus
,
L. C.
Penning
, and
B.
Spee
,
Stem Cell Rep.
8
,
822
(
2017
).
28.
M. B.
Esch
,
G. J.
Mahler
,
T.
Stokor
, and
M. L.
Shuler
,
Lab Chip
14
,
3081
(
2014
).
29.
P.
Godoy
,
N. J.
Hewitt
,
U.
Albrecht
,
M. E.
Andersen
,
N.
Ansari
,
S.
Bhattacharya
,
J. G.
Bode
,
J.
Bolleyn
,
C.
Borner
,
J.
Böttger
,
A.
Braeuning
,
R. A.
Budinsky
,
B.
Burkhardt
,
N. R.
Cameron
,
G.
Camussi
,
C.
Cho
,
Y.
Choi
,
J.
Craig Rowlands
,
U.
Dahmen
,
G.
Damm
,
O.
Dirsch
,
M. T.
Donato
,
J.
Dong
,
S.
Dooley
,
D.
Drasdo
,
R.
Eakins
,
K. S.
Ferreira
,
V.
Fonsato
,
J.
Fraczek
,
R.
Gebhardt
,
A.
Gibson
,
M.
Glanemann
,
C. E. P.
Goldring
,
M. J.
Gómez-Lechón
,
G. M. M.
Groothuis
,
L.
Gustavsson
,
C.
Guyot
,
D.
Hallifax
,
S.
Hammad
,
A.
Hayward
,
D.
Häussinger
,
C.
Hellerbrand
,
P.
Hewitt
,
S.
Hoehme
,
H.
Holzhütter
,
J. B.
Houston
,
J.
Hrach
,
K.
Ito
,
H.
Jaeschke
,
V.
Keitel
 et al,
Arch. Toxicol.
87
,
1315
(
2013
).
30.
L.
Prodanov
,
R.
Jindal
,
S. S.
Bale
,
M.
Hegde
,
W. J.
McCarty
,
I.
Golberg
,
A.
Bhushan
,
M. L.
Yarmush
, and
O. B.
Usta
,
Biotechnol. Bioeng.
113
,
241
(
2016
).
31.
J. S.
Passmore
,
P. T.
Lukey
, and
S. R.
Ress
,
Immunology
102
,
146
(
2001
).
32.
L.
Saab
,
J.
Peluso
,
C. D.
Muller
, and
G.
Ubeaud Sequier
,
Cytometry Part A
83A
,
403
(
2013
).
33.
Q.
Zhou
,
D.
Patel
,
T.
Kwa
,
A.
Haque
,
Z.
Matharu
,
G.
Stybayeva
,
Y.
Gao
,
A. M.
Diehl
, and
A.
Revzin
,
Lab Chip
15
,
4467
(
2015
).
34.
A.
Haque
,
P.
Gheibi
,
G.
Stybayeva
,
Y.
Gao
,
N.
Torok
, and
A.
Revzin
,
Sci. Rep.
6
,
36077
(
2016
).
35.
L. A.
Vernetti
,
N.
Senutovitch
,
R.
Boltz
,
R.
DeBiasio
,
T. Y.
Shun
,
A.
Gough
, and
D. L.
Taylor
,
Exp. Biol. Med.
241
,
101
(
2016
).
36.
S. J.
Trietsch
,
G. D.
Israëls
,
J.
Joore
,
T.
Hankemeier
, and
P.
Vulto
,
Lab Chip
13
,
3548
(
2013
).
37.
A.
Junaid
,
A.
Mashaghi
,
T.
Hankemeier
, and
P.
Vulto
,
Curr. Opin. Biomed. Eng.
1
,
15
(
2017
).
38.
A. M.
Ortega-Prieto
,
J. K.
Skelton
,
S. N.
Wai
,
E.
Large
,
M.
Lussignol
,
G.
Vizcay-Barrena
,
D.
Hughes
,
R. A.
Fleck
,
M.
Thursz
,
M. T.
Catanese
, and
M.
Dorner
,
Nat. Commun.
9
,
682
(
2018
).
39.
T.
Kostrzewski
,
T.
Cornforth
,
S. A.
Snow
,
L.
Ouro-Gnao
,
C.
Rowe
,
E. M.
Large
, and
D. J.
Hughes
,
World J. Gastroenterol.
23
,
204
(
2017
).
40.
Y.
Du
,
N.
Li
,
H.
Yang
,
C.
Luo
,
Y.
Gong
,
C.
Tong
,
Y.
Gao
,
S.
Lu
, and
M.
Long
,
Lab Chip
17
,
782
(
2017
).
41.
M.
Depreter
,
T.
Walker
,
K.
De Smet
,
S.
Beken
,
I.
Kerckaert
,
V.
Rogiers
, and
F.
Roels
,
Histochem. J.
34
,
139
(
2002
).
42.
S.
Prill
,
D.
Bavli
,
G.
Levy
,
E.
Ezra
,
E.
Schmälzlin
,
M. S.
Jaeger
,
M.
Schwarz
,
C.
Duschl
,
M.
Cohen
, and
Y.
Nahmias
,
Arch. Toxicol.
90
,
1181
(
2016
).
43.
S. R.
Khetani
and
S. N.
Bhatia
,
Nat. Biotechnol.
26
,
120
(
2008
).
44.
D.
Bavli
,
S.
Prill
,
E.
Ezra
,
G.
Levy
,
M.
Cohen
,
M.
Vinken
,
J.
Vanfleteren
,
M.
Jaeger
, and
Y.
Nahmias
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
113
,
E2231
(
2016
).
45.
J. A.
Kyffin
,
P.
Sharma
,
J.
Leedale
,
H. E.
Colley
,
C.
Murdoch
,
P.
Mistry
, and
S. D.
Webb
,
Toxicol. In Vitro
48
,
262
(
2018
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.