���������������� ��������������������������������������������������
�� �����������������
�����������������
����������� ������������� ��������������������� �����������������
������������ ����� ��!�"����#
� ����������� ���������������������������������
� ����������� �������������$�����$���
� ����������� %���&�%�'�$��������������������
� ����� !"� �������� �����������������#����
�����$��()�*�)������������ �������� �����)�+",#)�-../
� ������� �������$����������������� ������������ ����%����������������� �������������&���������$����������������� ����������'
� 0������� �������������� ��������� �������������������������������������
1������������������� 0������� �������2
� �����������!��������� ���������%(�(���������)*�� �����������)����������)�������������)����������������'������ ��������� ��$����������
� ���&����������� ���� ��������������� ������������ ��������
� ����$��������� ��������� �����+������� ���&��������� �����������%$��� ������������&�����'
� ��������������������!)��������%��)�������������)��������� �����% ������������$����������������������'
� ���������������&�$��������������������� �������������)����������������
0 2 4 8
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000Matrigel OverlayCollagen Gel SandwichMatrigel Substratum
Day
CYP
3A4
Act
ivity
(6be
ta-h
ydro
xyte
stos
tero
ne, n
M)
0 2 4 7 10 14
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000Matrigel OverlayCollagen Gel SandwichMatrigel Substratum
Day
CYP
2B6
Act
ivity
(Hyd
roxy
Bup
ropi
on, n
M)
� E���������������%�((���������+�������� �����)��������� �����)��������������������'�������������$���������
� -�.���������������������������������%���(������������ ��������������$���������� �������"F.�/.G#
��������������!�0������!���1������������IJ����������E��!�"J�� ��������#������
�����������������������������������������������)�-."F#)�-.K/�
L���J�����'��� ���������� ��������
#���&�/������#� �#� �����������
%����������'
0��������
#� �1���#� �����������
#����� -2����������.����2
/��$
�����������������������������������������������)�-."F#)�-.K/�
1���2��������������������%����2��������&�'�������������������������������&����&����� �����������������������������
I���������� ��������
3 �������������������������3 ������������4������������������%��� ��� �'3 ����������������������&������������������3 �������������������3 .���� ����������������%��������������'
*��������(��������������������&�� ���������5�' ���� ��%�����������������������'&' ����$������� �2�&�����%���������)&����)������'
��� !"!�#"$�% &�"'#��#��
"�"�#�"
(&��# !)"$����! �&���#���
�#������#"
(!�*#���!�&���&�#��
+#&�!���#",���## #����*# ��!�#�"
��� ��������������� ���� ������������������ ��������� �
-�*# �"���#"
��������������!�L��������J�������J��������������� ���������
0��)���������)������ ��������� ������)�-K"K-#)�-.KK
������������������������������J��������������������J�����������"��JJ�#
Apply PDMS Mask to ProtectECM from Oxygen Plasma
Micropatterned Extracellular Matrix
Micropatterned Hepatocytes
Micropatterned Co-culture
�����������N�����)�������� �����.������)�-,"K#)�-..OQ�N����)������������/���������,K"+#)�-.K/�
1����������I�����������������JJ�
E�����(������0���������������0�������1���������%�����������)�������������������������������������������'
�����������N�����)�������� �����.������)�-,"K#)�-..O
E������ ���������������������������������������� ������������������� �
� Micropatterning provides higher, more reproducible, and more stable hepatic functions
� Bile canaliculi don’t properly form in random co-cultures
� Random co-cultures do not sustain infection with Hepatitis B and C viruses (likely due to lack of incomplete polarity)
���)�J������)��0/�����/���������������� �����)�K."/#)�-.K/
�
���
���
R��
���
���
���
���
��
������ ���S�TS���"�U������V���T��������T� ��W�T�������#
G� ��X ���� �
T� �
X ���S�������T ��T�V� ��������� ������� �������Z���[���W���X�T������[S�VT��TS �"[���� ��V#���� �� U�S�TS��VX��� ��TT������� U�S�TS��V
0���������J�!�����"0J!#������������������������J������������
�����"�������������)�����)�K.#"##)�-.K.
I����'�L��������������� ��!����0�������JJ�B
iliary
Exc
retio
n In
dex
(BE
I, %
)
HepatoPac® B-CLEAR® Transporter KitBEI Accumulation Taurocholate (Biliary Efflux)
120
100
80
60
40
20
0
Day 5 SCHH Day 7 Day 9 Day 11
����������&������������������������<������
�#-��������- ��2�����������������
0�������JJ�1�����������!�������� ��!
0 5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
Day
Ure
a se
cret
ion
(µg
/ hr /
106 c
ells
)
8 12 14 16 19 21 23 26 280
20
40
60
80
0
2000
4000
6000
Day
Dex
tror
phan
(pm
ol / m
in / 1
06 ce
lls)
Dextrorphan6β-OH-testosterone 6
β-OH
-testosterone(pm
ol / min / 10
6 cells
8 12 14 16 19 21 23 26 280
5000
10000
15000
300
400
500
600
700
Day
7-O
H-c
oum
arin
glu
curo
nide
(pm
ol / m
in / 1
06 cel
ls)
7-OH-coumarin glucuronide7-OH-coumarin sulfate 7-O
H-coum
arin sulfate(pm
ol / min / 10
6 cells)
����J������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
*�$������1�����������1�������I��������0�������JJ�������������1��������
0 20 40 60 800
3000
6000
9000
12000
15000
Culture age (days)
3A4
activ
ity (R
LU/w
ell/h
r)
New Media Old Media*�$������"��!�F.#
E�������"��!�F.#
��� ��JJ�I�(!������� ������E ���+�%��&�
$&����������)������������ ���.�����������������������0�������)�-#"K.#)�-.KF
���&�! ��JJ�1��������
��!���������)����)�-.KK
4 8 12 16 20 24
0
50000
100000
150000
200000
DayC
YP3A
4 (R
LU / h
r)
4 6 8 10 12 14 16
0
20
40
60
Day
Urea
(μg/
mL)
� ���z/.G�����������!��������������������� �����������
� ����?9@�$������������������������� ����&������������������������� ����&���������������������% �����������������
��������������'
���������(����JJ�������������$����1�����
������������������������� ��������������������%����0�����J��������������� ��!�$������JJ�
3 ������������3 ����%��������3 L�����������3 ���
3 ������������3 ����%��������3 L����3 ���
�.�*
3 I���!����������"0J�#3 L�'����������3 �� ������� ��L�'
����������
3 I���!����������"0J�#I��3 L�'����������3 �� ������� ��L�'
#�/-:B
�
��! �������� "0J�#��! ��������
-//����B
3 ���%����3 0���������N"J3 �������3 ���������3 1�%�����
3 ��������%��������������������%F������(����8!7!'
3 ��������������%�������(��� 8!7?I������(����8!7 '
3 J&�+/.���(!������������%��2�����(��� 8!7J'
3 L��������������&����������������%K��������(����8!7?'
3 ������������ ����� ��! ���������%*��������(��������8!7?'
3 �������������������%0�L)0�L).������'%�����+*��������(�� 8!7!I.�������(� ����� ��������� �8!7?I#���������(�� 8!7@'
3 L!���-����%��������1���!��� �����������%�����������(�� ! ���������8!7 I�����������(��� �������� "�� �8!7J'
!�������������������������JJ������������ ��$������������
J��������J��������������J�������������������$�������������������������
J���������)��������������� /� �����)�+K"K-#)�-.KFQ����������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
Compound Name Known Routes of Metabolism
In Vivo CL (mL/min/kg) fu
Verapamil CYP3A4, 2C9 19.5 0.10
Sumatriptan 19 0.83
Naloxone UGT2B7 18 0.54
Propranolol CYP2D6, 1A2 15.7 0.13
Metoprolol* CYP2D6 13 0.88
Triprolidine* 13
0.50
Desipramine* CYP2D6, 1A2; UGT 10.3 0.16
Timolol CYP2D6 10.1 0.90
Dextromethorphan CYP2D6, 3A4, 1A2, 2C19 8.6 0.50
Omeprazole CYP2C19, 3A4 8.4 0.05
Imipramine* CYP2D6, 1A2, 2C19, 3A4; UGT1A4 8 0.10
Diclofenac CYP2C9 7.6 0.01
Zolmitriptan CYP1A2 6.7 0.75
Methylprednisolone CYP3A4 6.1 0.23
Erythromycin CYP3A4 5.6 0.10
Ziprasidone CYP3A4 5.1 0.00
Betaxolol* 4.8 0.40
Prednisolone* CYP3A4 2.9 0.25
Furosemide* 1.7 0.01
Theophylline CYP1A2 1.1 0.41
Lorazepam UGT 1 0.09
Diazepam CYP2C19, 1A2, 3A4 0.53 0.02
Tolbutamide CYP2C9, 2C19 0.38 0.05
Naproxen CYP2C9, 1A2 0.19 0.01
Meloxicam CYP2C9, 3A4 0.12 0.01
Warfarin* CYP2C9, 3A4 0.05 0.02
����!�����������1���J������������������
���� ������
������
����� � ������
�����
������������
������������������������������������������
���������������� �
���������
��������������
��� �����������
� � �����������
J���������)��������������� /� �����)�+K"K-#)�-.KFQ����������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
�����������������J������������0�������JJ�
0 5 10 15 200
5
10
15
20
MPCC Predicted Drug Clearance Rates (mL/min/kg)
In V
ivo
Rep
orte
d D
rug
Cle
aran
ce
Rat
es (m
L/m
in/k
g)
Within 2-fold: 73%
Within 3-fold: 92%
Within 4-fold: 96%
0.0 0.5 1.0 1.50.0
0.5
1.0
1.5
MPCC Predicted Drug Clearance Rates (mL/min/kg)
In V
ivo
Rep
orte
d D
rug
Cle
aran
ce
Rat
es (m
L/m
in/k
g)
Within 2-fold: 50%
Within 3-fold: 83%
Within 4-fold: 83%
3 .��2����$������������������� @ ���$����$%�����������������������$�������������'
���������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
J��������������J���������������������������L$������������0�������JJ��
0 5 10 15 200
5
10
15
20
Donor 1 MPCC Predicted DrugClearance Rates (mL/min/kg)
Dono
r 2
MPC
C Pr
edic
ted
Drug
Clea
ranc
e Ra
tes
(mL/
min
/kg)
Slope=1.04R2=0.82
0 1 2 3 4 50
1
2
3
4
5
Donor 1 MPCC Predicted DrugClearance Rates (mL/min/kg)
Dono
r 2
MPC
C Pr
edic
ted
Drug
Cl
eara
nce
Rate
s (m
L/m
in/k
g)
Slope=0.87R2=0.95
3 �������� 7!�������)��� ���������� ����)���������� ����������$������1;:�����.����
���������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
0�������JJ��!�������� /�� ��� 0����"����������#�1���J�������������������
Compound Name In Vivo CL (mL/min/kg) fu MPCCs Suspension
Verapamil 19.5 0.10 6.79 1.23 Naloxone 18 0.54 14.45 11.12 Timolol 10.1 0.90 5.39 4.66
Methylprednisolone 6.1 0.23 4.67 - Erythromycin 5.6 0.10 0.71 - Theophylline 1.1 0.41 0.34 - Lorazepam 1 0.09 0.46 - Diazepam 0.53 0.02 0.21 -
Tolbutamide 0.38 0.05 0.21 - Naproxen 0.19 0.01 0.18 -
Within 2-fold 50% 10% Within 3-fold 80% 20% Within 4-fold 90% 20%
3 �����@������������&����������������������������������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
0�������JJ��!��������������� �"����������#�1���J�������������������
Compound Name In Vivo CL (mL/min/kg) fu MPCCs Conventional
Monolayer Verapamil 19.5 0.10 6.79 0.8 Naloxone 18 0.54 14.45 11.98 Timolol 10.1 0.90 5.39 0.95
Methylprednisolone 6.1 0.23 4.67 0.91 Erythromycin 5.6 0.10 0.71 0.73 Theophylline 1.1 0.41 0.34 0.43 Lorazepam 1 0.09 0.46 0.11 Diazepam 0.53 0.02 0.21 0.03
Tolbutamide 0.38 0.05 0.21 0.06 Naproxen 0.19 0.01 0.18 -
Within 2-fold 50% 10% Within 3-fold 80% 20% Within 4-fold 90% 20%
3 �����@�����������&������������������������������������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
���������������������%����������0�������JJ��!������J�� ��������������3 8����������) 8������������&�����%F���� �4�'
3 8��@��������&������ ����������)2���.����%7 ���� ��'
%��������)��������������� /� �����)�FO"K.#)�-.K.
�����������0������!����!������0�������JJ��1�����������%�������������������
������ /�� ���
%��������)��������������� /� �����)�FO"K.#)�-.K.
���������J��������!����� ���������������������������������$����0�������JJ�
Vehicle Rifampin Ritonavir0
4
8
12
16
20
Pred
icte
d M
idaz
olam
C
lear
ance
(mL
/ min
/ kg)
Vehicle Quinidine0
2
4
6
8
10
Pred
icte
d D
extr
omet
horp
han
Cle
aran
ce (m
L/m
in/k
g)
3 :���.����$���J&���������%�� �����' ��?�������-/;K-�������������%����4����'�������
3 :���.����$���J&������%������%���������)��������' ���79������-/;K-�������������%����4����)�2������������'�������
���������)��������������� /� �����)�++"K#)�-.K/
������������"1���!#�0������!�������0�������JJ��L������$����0!����!�����
A B C
D E F
0!���!����� *�����!����� 0!����!�����
�� ����������)�������������/��� )�,'-OK#O)�-.K,
�������������J&�F�+����0�������JJ����% ��������0!��� ���0!�����!�����
4 10 180
1×107
2×107
3×107
4×107
Days of treatment
CYP
3A4
(RLU
/ hr /
106 c
ells
)
Hypo- Normo- Hyperglycemia
*** ****
*
****
�� ����������)�������������/��� )�,'-OK#O)�-.K,
���������������0�������JJ��%����������!�0������������������������"���#
����������� ������
Micropatterned Hepatocytes
Micropatterned Co-culture
Micropatterned Co-culture
Micropatterned Co-culture with Kupffer Macrophages
*�!��������)���������������� /� �����)�+F"/#)�-.K/
�������!����������"���#�$��������������,������$�����������J&�F�+���������JJ�
� #������������&����$���L*1�� E�����J&�+/.��$�������$���������
���������)��������������������������)�-.K#
�����������������JJ��%����������!�0��������������0����������������J�����"0�J�#
�� ����������������������������������� ��$)�-.K#
�� "������� ���� �� �� �
ALB
αSMA
DAPI
2 4 6 8 10 12 14 160
1
2
3
4
5
Culture age (days)
Albu
min
prod
uced
(µ
g / hr
/ 106 h
epat
ocyt
es) 1.25K HSCs
2.5K HSCs0 HSCs
5K HSCs
��$��������������J&�+/.����� ������������� ����0�J����������JJ�
0 HSCs
1.25K HSCs
2.5K HSCs
5K HSCs
0.0
5.0×105
1.0×106
1.5×106
2.0×106
2.5×106
Culture configuration
3A4
activ
ity
(RLU
/ wel
l/hr)
******** ****
0 HSCs 1.25KHSCs
2.5K HSCs
5K HSCs
0.0
5.0×102
1.0×103
1.5×103
Culture configuration C
YP2A
6(ng
7-H
C / h
r / 1
06 cel
ls)
***
********
�����&�������������$�����������������������������%����!���%�����'
�� ����������������������������������� ��$)�-.K#
��������J�����������L��������������� ��!�������� ����0�J����������JJ�
��JJ� ��JJ��(�0�J��"-�/�#
�� ����������������������������������� ��$)�-.K#
�����&�������������$�����������������������������%����!���%�����'
�����������������������J�����"���J�#'���� ��������
3 �����������������������53 ���������(���������3 $�������������������� ������������������������������3 ���&������������������!���������!�����������������������
3 ���&��53 �� ������� ������������������������$% �������'
3 ��#���������������������%�0���'����������������������������������$ �������������������������������������
���������1����������J�����������������JJ��!������������0��������
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
0.0
0.5
1.0
1.54
6
8
Day in culture
Alb
umin
sec
retio
n(µ
g / h
r / 1
06 cel
ls)
iMPCC iMPH iCC
17 270
1
2
4
5
6
0
3
6
9
12
15
Day of culture (iMPCC)Al
bum
in a
nd a
lpha
-feto
prot
ein
(µg
/ hr /
106 c
ells
)
AlbuminAlpha-fetoprotein
Alb
: Afp
ratio
Alb : Afp
N����)������������/���������,K"+#)�-.K/� J����������J���������!��������������������
J&�+/.����������������JJ��!�������JJ�
2C9 3A40.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0
10
20
30
40
2C9
activ
ity (R
LU / h
r / 1
06 cel
ls)
mill
ions
mill
ions
*
*3A
4 ac
tivity
(RLU
/ hr /
106
cells
)
iCC (DMSO)iCC (RIF)
iMPCC (DMSO)iMPCC (RIF)
2C9 3A40.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0
20
40
60
2C9
activ
ity (R
LU / h
r / 1
06 cel
ls)
mill
ions
mill
ions
*
*
*
3A4
activ
ity (R
LU / h
r / 1
06 ce
lls)
iCC (DMSO)iCC (PB)iMPCC (PB)
*
iMPCC (DMSO)
��������������� �����%��%�����������
N����)������������/���������,K"+#)�-.K/� J����������J���������!��������������������
J&�K�-����������������JJ�
25 µM 50 µM 100 µM0
3
6
9
12
Omeprazole
Fold
cha
nge
in C
YP1A
2 ac
tivity
(rel
ativ
e to
DM
SO c
ontr
ol)
25 µM 50 µM 100 µM0
1
2
3
4
β-Napthoflavone
Fold
cha
nge
in C
YP1A
2 ac
tivity
(rel
ativ
e to
DM
SO c
ontr
ol)
E�����(���������� N����*��������� ����������
N����)������������/���������,K"+#)�-.K/�J����������J���������!��������������������
Donor 2 (CYP3A4)
day 170
300000
600000
900000
1200000Donor 3 (CYP3A4)
day 170
300000
600000
900000
1200000
Donor 1 (CYP2D6)
day 170
15000
30000
45000
60000
RLU
/hr
Donor 2 (CYP2D6)
day 170
30000
60000
90000
120000Donor 3 (CYP2D6)
day 170
20000
40000
60000
80000
Donor 1 (CYP3A4)
day 170
300000
600000
900000
1200000
RLU
/hr
A Control
���������������I���������������������������������/�� ���� �0����%���������JJ�
��JJ�����������"�����������#
3 ������������������������$ �������������������������� �������
3 ��������������JJ��$������������������!���������������������������
L�&��0�����������������JJ�
� 0��������% ���������������' ��������������������%�����)���)����)�����)���'��� �0�������&��������� ��������� ��@�$��$�����.�����������&������������ �&�����������������$������������
� �����������&���������������������&���������������� ��! ���������������������������������������%�����������)���&�����)�����������)�����2�����'���������������������������������
� ������� ����������� %0��������+������)�������) �������������)��� �&�����'���&����������.����
� ������$���������� �����%����?9@' ������������������������)��������������� ������� ������������$����������������
� ����&�������������������� % �������� ������������������'
��&��$�����������J�������������������������%�������L��������������%
#����������*��&������������������$�����������.����$��������.���������������*��������������������������� ��������.�������K����������F���#����������:�����������F��*������F�����
1����1�0+1����1�0+1����1#/��������#���������������������� �����������������.�������������������������
������������������� ����������+����������&������)������
����������N����������!�"�������!�0�������J����������#
���������� ��#����*�4�4$�������.�����������.����������#��L�������$���