Science Advances：第一次3D生物打印整个活性肿瘤
图像:3d生物打印胶质母细胞瘤模型的显微图像。生物打印的血管被内皮细胞(红色)和周细胞(青色)所覆盖。血管周围是由胶质母细胞瘤细胞(蓝色)和大脑微环境细胞(绿色)组成的模拟大脑的组织。不同的药物或细胞可以通过3d生物打印的血管灌注，以测试它们对肿瘤组织的影响。
资料来源:特拉维夫大学
特拉维夫大学研究人员利用3D打印机打印出整个活跃和可存活的胶质母细胞瘤。3D生物打印的肿瘤包括一个复杂的系统，血管状的管道，血液细胞和药物可以通过管道流动，模拟真实的肿瘤。
视频链接: https://www.youtube.com/watch?v=oUjuFyLF5nM
这些3D生物打印模型是基于患者的样本，直接从特拉维夫索拉斯基医疗中心的手术室中采集。这项新研究的结果今天发表在Science Advances杂志上。
Satchi-Fainaro教授说:“胶质母细胞瘤是中枢神经系统最致命的癌症，占大多数的脑恶性肿瘤。在之前的一项研究中，我们发现了一种名为p -选择素的蛋白质，它是当胶质母细胞瘤癌细胞遇到大脑免疫系统的小胶质细胞时产生的。我们发现这种蛋白质是小胶质细胞失败的原因，导致小胶质细胞支持而不是攻击致命的癌细胞，帮助癌细胞扩散。然而，我们在手术切除的肿瘤中发现了这种蛋白，但在我们实验室2D塑料培养皿中生长的胶质母细胞瘤细胞中却没有发现。原因是癌症，就像所有的组织一样，在塑料表面上的表现与在人体内的表现非常不同。大约90%的实验药物在临床阶段失败，因为在实验室取得的成功不能在患者身上复制。”
为了解决这个问题，由Satchi-Fainaro教授和博士生Lena Neufeld领导的研究团队创造了第一个胶质母细胞瘤的3D生物打印模型，其中包括由细胞外基质包围的3D癌症组织，它通过功能血管与微环境沟通。
“不仅仅是癌细胞，”Satchi-Fainaro教授解释道，“它也是大脑中微环境的细胞;星形胶质细胞，小胶质细胞和血管连接到一个微流体系统，即一个使我们能够将血细胞和药物等物质运送到肿瘤复制品的系统。每个模型都在我们在实验室设计的生物反应器中打印，使用从患者细胞外基质中取样并复制的水凝胶，从而模拟组织本身。大脑的物理和机械特性不同于其他器官，如皮肤、乳房或骨骼。乳腺组织以脂肪为主，骨组织以钙为主;每个组织都有自己的特性，这些特性会影响癌细胞的行为以及它们对药物的反应。在相同的塑料表面生长所有类型的癌症并不是临床环境的最佳模拟。”
在成功打印出3D肿瘤后，Satchi-Fainaro教授和她的同事们证明，与在培养皿中生长的癌细胞不同，3D生物打印模型具有快速、可靠和可重复预测最适合特定患者的治疗方法的潜力。
“我们证明了我们的3D模型在三种不同的方式上更适合于预测治疗效果、目标发现和药物开发。首先，我们在2D培养皿培养的胶质母细胞瘤细胞中测试了一种抑制我们最近发现的蛋白质p -选择素的物质，并发现在接受治疗的细胞和未接受治疗的对照组细胞之间，细胞分裂和迁移没有差异。相比之下，在动物模型和3D生物打印模型中，我们能够通过阻断p -选择素蛋白来延缓胶质母细胞瘤的生长和侵袭。这个实验向我们展示了为什么可能有效的药物仅仅因为在2D模型中测试失败而很少进入临床，反之亦然:为什么被认为在实验室中取得巨大成功的药物，最终在临床试验中失败。此外，我们与TAU医学院病理科Asaf Madi博士的实验室合作，对3D生物打印模型中生长的癌细胞进行了基因测序，并将它们与2D塑料上生长的癌细胞和从患者身上提取的癌细胞进行了比较。因此，我们证明了3D生物打印肿瘤与患者来源的胶质母细胞瘤细胞在自然环境中与脑基质细胞一起生长的相似性。随着时间的推移，在塑料上生长的癌细胞发生了相当大的变化，最终与患者脑瘤样本中的癌细胞失去了任何相似之处。第三个证据是通过测量肿瘤的生长速率得到的。胶质母细胞瘤是一种侵袭性疾病，部分原因在于它是不可预测的:当异质癌细胞被单独注射到模型动物体内时，一些肿瘤会保持休眠状态，而另一些肿瘤则会迅速活跃起来。这是有道理的，因为我们，作为人类，可以在不知道我们有这些休眠肿瘤的情况下平静地死去。然而，在实验室的培养皿中，所有的肿瘤都以相同的速度生长和扩散。在我们的3d生物打印肿瘤中，异质性得到了维持，其发展类似于我们在患者或动物模型中看到的广谱。”
根据Satchi-Fainaro教授的说法，这种创新的方法也将使新药物的开发和新药物靶点的发现成为可能，而且速度要比现在快得多。希望在未来，这项技术将为患者的个性化医疗提供便利。
“如果我们从病人的组织中提取样本及其细胞外基质，我们可以从这个样本中3D生物打印100个微小肿瘤，并测试多种不同组合的不同药物，发现这种特定肿瘤的最佳治疗方法。或者，我们可以在一个3d生物打印的肿瘤上测试多种化合物，并决定哪一种是最有希望进一步开发和投资的潜在药物。但也许最令人兴奋的方面是在癌细胞中发现新的可药物治疗的靶蛋白和基因——当肿瘤在人类病人或模型动物的大脑中时，这是一项非常困难的任务。我们的创新使我们能够在没有时间限制的情况下，更好地模拟临床场景，实现最佳的研究。”
原文参考：
Microengineered perfusable 3D-bioprinted glioblastoma model for in vivo mimicry of tumor microenvironment
