腦腫瘤環(huán)境的 3D 模型可以幫助個性化治療

膠質(zhì)母細胞瘤是一種罕見但致命的腦癌，非常堅固。外科醫(yī)生切除腫瘤只是為了看到癌癥兇猛地復發(fā)。化學療法和放射療法的效果有限。大約一半的患者在 18 個月內(nèi)死亡。

但現(xiàn)在，弗吉尼亞理工大學的科學家們開發(fā)了一種新型的膠質(zhì)母細胞瘤腫瘤微環(huán)境 3D 組織工程模型，可用于了解腫瘤復發(fā)的原因以及哪些治療最有效地根除它們——一直到患者特定的水平。

該模型及其開發(fā)在 7 月 29 日發(fā)表于npj Precision Oncology的論文中進行了描述。

“我們的目標最終是開發(fā)一種個性化的醫(yī)療方法，我們可以在其中取出患者的腫瘤，在培養(yǎng)皿中建立該腫瘤的模型，在其上測試藥物，并告訴臨床醫(yī)生哪種療法最有效，”說VTC弗拉林生物醫(yī)學研究所副教授、論文通訊作者Jennifer Munson。

該模型是識別癌癥新標志物和療法的重要一步。使用新模型的研究已經(jīng)確定了一種了解患者腫瘤的新方法，包括癌細胞自我更新和分化的能力，這是癌癥對藥物治療反應(yīng)的指標。

根據(jù)美國國家癌癥研究所的數(shù)據(jù)，每年約有 15,000 人被診斷出患有膠質(zhì)母細胞瘤。

Munson 是一名組織工程師，也是弗吉尼亞理工大學生物醫(yī)學工程與力學系的副教授，也是弗吉尼亞理工大學癌癥研究聯(lián)盟的聯(lián)合主任之一，他于 2014 年開始開發(fā)這些模型。雖然存在其他工程模型，但這個模型考慮了除腫瘤細胞以外的細胞類型，以及腫瘤生長和擴散的空間，以及實際腫瘤微環(huán)境的其他方面。

Munson 的模型通常有鉛筆橡皮那么大，更準確地重建了用于研究的環(huán)境，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)特有的細胞，如星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞，其比例基于患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的細胞。

該模型還考慮了組織中細胞之間和周圍的流體運動——稱為間質(zhì)液流動——已知這會增加腫瘤并加速癌癥的擴散。模型中的流體流動還可以輕松測試藥物療法。

微環(huán)境對于理解膠質(zhì)母細胞瘤為何如此難以治療至關(guān)重要。盡管可以切除腫瘤，但腫瘤細胞往往會侵入周圍組織，在那里它們變得更有害或?qū)χ委煯a(chǎn)生抗藥性，從而使癌癥復發(fā)。

“我們希望盡可能地模仿那種環(huán)境，因為那是你以后要用藥物治療或進行任何形式的后續(xù)治療的環(huán)境，”Munson 說。

Munson 和她的團隊使用這些模型來測試不同治療的影響，分析癌細胞如何侵入組織、它們?nèi)绾卧鲋?、它們自我更新的能力以及有多少細胞死亡。他們發(fā)現(xiàn)結(jié)果差異很大，這突出了個性化醫(yī)療方法對膠質(zhì)母細胞瘤的重要性以及能夠重建個體患者腫瘤微環(huán)境的價值。

“該模型可以幫助我們回答問題，例如，我們可以預測治療反應(yīng)嗎?”蒙森說。“我們能否看到這些不同的細胞類型如何影響腫瘤細胞的行為，或者我們能否更好地了解這種微環(huán)境，使醫(yī)生能夠更有效地治療通常生存機會較差的患者?”

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