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(gè)活躍、可行的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 3D 腫瘤模型。除了在個(gè)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(yàn)中取得成功的機(jī)會(huì)。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(duì)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(shí)驗(yàn)室研究中顯示出希望的藥物在臨床試驗(yàn)中失敗的原因之一。
在這項(xiàng)研究中，特拉維夫大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(shí)的腫瘤微環(huán)境，該團(tuán)隊(duì)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(dòng)，進(jìn)一步增加了模型的真實(shí)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(cè)試它們對(duì)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(duì)在 2D 塑料制品模型中開發(fā)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)劃，在一份聲明中。“大約 90% 的實(shí)驗(yàn)藥物在臨床階段失敗，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)的平臺(tái)，用于快速藥物篩選和預(yù)測(cè)患者的治療結(jié)果。
為了測(cè)試 3D 模型的臨床相關(guān)性，研究人員評(píng)估了患者來源的癌細(xì)胞對(duì)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(gè)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(cè)量 TMZ 在每個(gè)模型中的功效，研究人員測(cè)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(zhǎng)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(duì)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(gè)性化醫(yī)療的基礎(chǔ)。事實(shí)上，獲得這些細(xì)胞的三名患者對(duì)他們的 TMZ 治療的反應(yīng)都不同，并且每位患者的存活時(shí)間也不同。
Satchi-Fainaro 吹捧了 3D 打印模型在個(gè)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(gè)樣本中 3D 生物打印 100 個(gè)微小腫瘤，并以各種組合測(cè)試許多不同的藥物，以發(fā)現(xiàn)針對(duì)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(tái)。
Satchi-Fainaro 說：“我們可以在 3D 生物打印腫瘤上測(cè)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(dòng)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(dòng)物模型特別難以建立和監(jiān)測(cè)，需要許多動(dòng)物才能獲得低方差結(jié)果。
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