2021年8 月 20 日——以色列研究人員使用癌癥患者的組織樣本成功打印了一個活躍、可行的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 3D 腫瘤模型。除了在個性化醫(yī)療方面的潛在應(yīng)用外，這一成就有望加速藥物開發(fā)并增加已開發(fā)藥物在臨床試驗中取得成功的機會。結(jié)果于 8 月 18 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。
當(dāng)前的癌癥模型，尤其是傳統(tǒng)的 2D 培養(yǎng)皿腫瘤模型，缺乏對正確表達(dá)癌癥生物學(xué)復(fù)雜性至關(guān)重要的腫瘤-基質(zhì)相互作用。這種無法重建腫瘤微環(huán)境的能力是在實驗室研究中顯示出希望的藥物在臨床試驗中失敗的原因之一。
在這項研究中，特拉維夫大學(xué)的一個團隊使用兩種不同的生物墨水在 EnvisionTEC 3D 生物繪圖儀上打印 3D 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤腫瘤，重建了動態(tài)腫瘤微環(huán)境：腫瘤生物墨水包含天然聚合物纖維蛋白原和明膠，犧牲血管生物墨水由熱可逆生物墨水組成。 , 生物相容性合成聚合物。
為了模擬真實的腫瘤微環(huán)境，該團隊在 3D 模型中添加了源自患者的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。此外，通過用腦周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞涂覆犧牲血管生物墨水，創(chuàng)建了可灌注的血管，血細(xì)胞和藥物可以通過這些血管流動，進(jìn)一步增加了模型的真實性。
3D 生物打印膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型的顯微圖像。
3D 生物打印膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型的顯微圖像。生物打印的血管覆蓋著內(nèi)皮細(xì)胞(紅色)和周細(xì)胞(青色)。血管周圍是由膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞(藍(lán)色)和微環(huán)境細(xì)胞(綠色)組成的大腦模擬組織?？梢酝ㄟ^ 3D 生物打印血管灌注不同的藥物或細(xì)胞，以測試它們對腫瘤組織的影響。圖片由特拉維夫大學(xué)提供。
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是最常見、最具侵襲性和最致命的惡性腦癌。研究膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞并為其開發(fā)治療方法的科學(xué)家們一直對在 2D 塑料制品模型中開發(fā)的實驗室模型的局限性感到沮喪，這些模型無法在體內(nèi)復(fù)制給定治療的多種效果。
“與所有組織一樣，癌癥在塑料表面上的表現(xiàn)與在人體中的表現(xiàn)非常不同，”首席研究員 Ronit Satchi-Fainaro 博士說，他是癌癥研究和納米醫(yī)學(xué)實驗室的負(fù)責(zé)人，也是 Morris Kahn 3D 生物打印技術(shù)的主任。特拉維夫大學(xué)癌癥研究計劃，在一份聲明中。“大約 90% 的實驗藥物在臨床階段失敗，因為在實驗室中取得的成功無法在患者身上重現(xiàn)。發(fā)生的情況是癌癥藥物在塑料模型中表現(xiàn)良好，但這種成功并沒有轉(zhuǎn)化為患者.”
這個問題激發(fā)了 Satchi-Fainaro 和她的同事開發(fā) 3D 生物打印腫瘤模型，以用作更現(xiàn)實的平臺，用于快速藥物篩選和預(yù)測患者的治療結(jié)果。
為了測試 3D 模型的臨床相關(guān)性，研究人員評估了患者來源的癌細(xì)胞對替莫唑胺 (TMZ)(一種用于治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的藥物)的反應(yīng)。來自三個不同患者的細(xì)胞被接種到 3D 打印的腫瘤模型中，為了比較，在 2D 塑料模型(24 孔板)中。然后，將不同的 TMZ 濃度應(yīng)用三天。為了測量 TMZ 在每個模型中的功效，研究人員測量了相應(yīng)的半數(shù)最大抑制濃度(IC50 值)。
結(jié)果表明，在 2D 培養(yǎng)物中觀察到的 IC50 值在不同患者的細(xì)胞中幾乎相同，而在 3D 打印模型中生長的每種細(xì)胞類型表現(xiàn)出不同的 IC50 值。這一結(jié)果與不同患者對同一療法的反應(yīng)不同的觀察結(jié)果一致——這種現(xiàn)象構(gòu)成了個性化醫(yī)療的基礎(chǔ)。事實上，獲得這些細(xì)胞的三名患者對他們的 TMZ 治療的反應(yīng)都不同，并且每位患者的存活時間也不同。
Satchi-Fainaro 吹捧了 3D 打印模型在個性化治療篩選中的潛在應(yīng)用。
“如果我們從患者的組織中取樣，連同其細(xì)胞外基質(zhì)，我們可以從這個樣本中 3D 生物打印 100 個微小腫瘤，并以各種組合測試許多不同的藥物，以發(fā)現(xiàn)針對這種特定腫瘤的最佳治療方法，”她說。
作者還設(shè)想了 3D 打印模型作為藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的平臺。
Satchi-Fainaro 說：“我們可以在 3D 生物打印腫瘤上測試多種化合物，并決定哪種化合物最有希望作為潛在藥物進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)和投資。”
此外，除了替代 2D 塑料培養(yǎng)物外，作者還建議 3D 打印模型可以替代動物模型進(jìn)行臨床前癌癥藥物篩選研究。作者寫道，在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤研究中，動物模型特別難以建立和監(jiān)測，需要許多動物才能獲得低方差結(jié)果。
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