生物3D打印應(yīng)用:構(gòu)建體外腫瘤微環(huán)境
瀏覽次數(shù):1536 發(fā)布日期:2022-8-4
來源:锘海生命科學(xué)
神經(jīng)母細(xì)胞瘤(Neuroblastoma)是兒童、嬰幼兒較為常見的一種顱外腫瘤。其典型的特點是后期惡性化程度較高,預(yù)后較差。為保證藥物具有針對性,提高治愈率,目前推薦的一個策略是在組織模型中確定病人對該藥物的特異性反應(yīng)。因此,構(gòu)造一個具有腫瘤微環(huán)境的特異性組織模型就顯得尤為重要。
目前,構(gòu)建腫瘤微環(huán)境的一個主要難點在于如何觸發(fā)其形成血管并發(fā)生腫瘤血管化(Tumor-vascularization)。已有的嘗試主要為結(jié)合內(nèi)皮細(xì)胞和間葉干細(xì)胞,使其提供支撐作用并在立體水凝膠中形成血管。
而在該文獻(xiàn)中,作者Daniel Nothdurfter等人將生物3D打印與流體芯片(Fluidic chip)相結(jié)合,開發(fā)了一種全新的灌注和微血管化的腫瘤微環(huán)境模型(Perfused and micro-vascularized tumorenvironment model)。在文章中,作者首先使用激光雕刻聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)薄片,使其中心具有一個圓形孔(模擬腫瘤微環(huán)境)、兩側(cè)各有兩條槽(模擬血管);同時,使用regenHU生物3D打印機(jī)3DDiscovery BioSafety的細(xì)胞親和性打印頭以噴墨的方式將含有細(xì)胞的水凝膠均勻噴灑在孔及兩側(cè)血管槽內(nèi),以形成微環(huán)境的主體;為保證血管空腔的形成,作者也使用了犧牲材料Pluronic F-127——一種低溫呈液態(tài),高溫呈凝膠狀的材料——結(jié)合打印機(jī)的擠壓式打印頭,在凹槽內(nèi)鋪設(shè)血管。之后繼續(xù)用含有細(xì)胞的水凝膠覆蓋,降溫使Pluronic F-127融化流出,即可得到具有空腔、可流經(jīng)液體的血管結(jié)構(gòu)(圖1、圖2)。
圖1 文中提到的腫瘤微環(huán)境模型構(gòu)建的三個步驟:激光雕刻流體芯片、生物墨水打印、形成可灌注的血管及腫瘤微環(huán)境
圖2 左:打印Pluronic F-127后的模型;右:降溫去除犧牲材料后,使用染色的PBS進(jìn)行灌注的效果
根據(jù)該模型結(jié)構(gòu),作者嘗試使用一種明膠-甲基丙烯酸酯(Gelatin-methacrylate,GelMA)與纖維蛋白(Fibrin)混合基質(zhì)搭配多種類型的細(xì)胞,模擬腫瘤微環(huán)境;同時,通過添加內(nèi)皮細(xì)胞,以促進(jìn)微血管的自發(fā)形成。結(jié)果表明,脂肪細(xì)胞(Adipocyte)或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(Induced pluripotent stem cells,iPSCs)來源的間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal stem cells)都可以誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境的形成。另一方面,在去除犧牲材料的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)表面涂上內(nèi)皮細(xì)胞,可生長成致密的血管組織,形成組織屏障。
之后作者在打印過程中將患者來源的神經(jīng)母細(xì)胞瘤球狀體添加到基質(zhì)里,并培養(yǎng)超過兩周的時,成功展示了微血管被腫瘤球狀體吸引并生長的過程(圖3);而腫瘤球狀體一旦破裂或無法維持球狀,則腫瘤細(xì)胞會很快入侵周圍的微環(huán)境(圖4)。
圖3 添加了神經(jīng)母細(xì)胞瘤球狀體(紅)的模型基質(zhì),分別在第1、6、12、16天的微血管(黃綠)生長情況(比例尺:200 μm)
圖4 腫瘤球狀體(紅)破裂后在微環(huán)境中的擴(kuò)散情況(比例尺:第一行為200 μm;第二行為50 μm)
小結(jié):該文獻(xiàn)介紹了一種微血管化的神經(jīng)母細(xì)胞瘤的腫瘤微環(huán)境模型,其特點在于通過生物3D打印,可進(jìn)行高度定制;同時結(jié)合了流體芯片,使其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、統(tǒng)一,形成了一個中等通量的生物制造平臺,有利于開展更為復(fù)雜、系統(tǒng)的實驗,在未來精準(zhǔn)醫(yī)療的腫瘤血管生成和轉(zhuǎn)移研究中也能有很大的發(fā)揮余地。
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