首次成功地 3D 生物打印了一種最致命的腦腫瘤形式，從而產(chǎn)生了迄今為止最完整的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)模型。
3D 打印的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型的顯微圖像（特拉維夫大學(xué)）
特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家在類似大腦的環(huán)境中打印了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，包括為腫塊提供血液的血管。研究人員說(shuō)，這是迄今為止對(duì)腫瘤和周圍組織進(jìn)行最完整的復(fù)制——這是一項(xiàng)有助于開發(fā)治療方法的突破。
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤可能很少見，但它特別可怕。它在大腦或腦干上快速而積極地生長(zhǎng)，無(wú)法治愈，并且?guī)缀蹩偸侵旅摹?/p>
也很難治療。由于癌癥非常具有侵襲性，因此治療需要非常嚴(yán)格，通常需要進(jìn)行化療和放療，而患者往往病得太重而無(wú)法完成。
從患者身上取出的腫瘤中提取和培養(yǎng)的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織是醫(yī)生希望更多地了解這種可怕癌癥的途徑之一。特拉維夫大學(xué)的癌癥研究員和納米科學(xué)家 Ronit Satchi-Fainaro 說(shuō)，這通常在培養(yǎng)皿上完成，是一種非常有用的工具 - 但它有局限性。
在之前的一項(xiàng)研究中，她和她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種叫做 P-Selectin 的蛋白質(zhì)，當(dāng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的癌細(xì)胞遇到大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞（中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最突出的免疫細(xì)胞）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這種蛋白質(zhì)。
這種蛋白質(zhì)會(huì)觸發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞支持膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，而不是對(duì)抗它——這對(duì)人來(lái)說(shuō)是毀滅性的結(jié)果。
“然而，我們?cè)谑中g(shù)期間切除的腫瘤中發(fā)現(xiàn)了這種蛋白質(zhì)，但在我們實(shí)驗(yàn)室的二維塑料培養(yǎng)皿上生長(zhǎng)的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中卻沒有，”她解釋說(shuō)。
“原因是癌癥和所有組織一樣，在塑料表面上的表現(xiàn)與在人體中的表現(xiàn)非常不同。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(wú)法在患者身上重現(xiàn).”
該團(tuán)隊(duì)試圖找到解決這一限制的方法是一種膠質(zhì)母細(xì)胞瘤生物墨水，它由來(lái)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)胞制成。使用涂有形成血管的細(xì)胞類型的可移動(dòng)生物墨水，他們還設(shè)法為他們的模型提供功能性血液供應(yīng)。
每個(gè)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型都是在基于同樣取自患者的細(xì)胞外基質(zhì)的水凝膠中的生物反應(yīng)器中進(jìn)行 3D 打印的。
然后將膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型連接到細(xì)胞外基質(zhì)并通過(guò)血管與細(xì)胞外基質(zhì)通信，以模擬腫瘤與周圍腦組織相互作用的方式。這提供了一種研究癌癥行為方式的方法，這種行為方式特定于其環(huán)境 - 大腦。
“大腦的物理和機(jī)械特性不同于其他器官，如皮膚、乳房或骨骼，” Satchi-Fainaro 說(shuō)。
“乳房組織主要由脂肪組成，骨組織主要是鈣；每種組織都有自己的特性，這些特性會(huì)影響癌細(xì)胞的行為以及它們對(duì)藥物的反應(yīng)。在相同的塑料表面上生長(zhǎng)所有類型的癌癥并不是最佳模擬臨床環(huán)境。”
然后，該團(tuán)隊(duì)使用 P-Selectin 測(cè)試了他們的模型。將 P-選擇素抑制劑引入培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤培養(yǎng)物，以及 3D 打印模型和動(dòng)物模型。在培養(yǎng)皿培養(yǎng)物中，與未處理的對(duì)照相比，沒有觀察到生長(zhǎng)或細(xì)胞遷移的變化。
對(duì)于 3D 打印模型和動(dòng)物模型，與未經(jīng)處理的對(duì)照相比，P-選擇素抑制劑導(dǎo)致生長(zhǎng)速度較慢。
“這個(gè)實(shí)驗(yàn)向我們展示了為什么可能有效的藥物很少因?yàn)樗鼈冊(cè)?2D 模型中的測(cè)試失敗而很少進(jìn)入臨床，反之亦然：為什么藥物被認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)室中取得了驚人的成功，最終在臨床試驗(yàn)中失敗了，” Saitchi-Fainaro 說(shuō)。
基因測(cè)序和 3D 打印腫瘤的生長(zhǎng)速度也與研究小組在活體患者中觀察到的結(jié)果更加吻合。在 2D 培養(yǎng)皿上，樣本隨時(shí)間變化，因此它們不再與患者的腫瘤相匹配，但 3D 打印的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤仍然與患者樣本相似。
此外，2D 培養(yǎng)物都以相同的速度生長(zhǎng)；而 3D 打印的腫瘤顯示出不同的生長(zhǎng)速度，這在人類和動(dòng)物中觀察到。
這不僅提出了一種更準(zhǔn)確地研究膠質(zhì)母細(xì)胞瘤行為的方法，還可能導(dǎo)致開發(fā)針對(duì)患者的干預(yù)措施的方法。
“如果我們從患者的組織中抽取樣本，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，并測(cè)試多種不同藥物的各種組合，以發(fā)現(xiàn)針對(duì)這種特定腫瘤的最佳治療方法，” Saitchi-Fainaro解釋說(shuō)。
“但也許最令人興奮的方面是在癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)新的可藥物靶蛋白和基因——當(dāng)腫瘤位于人類患者或模型動(dòng)物的大腦內(nèi)時(shí)，這是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。
我們的創(chuàng)新為我們提供了前所未有的機(jī)會(huì)，沒有時(shí)間限制，可以更好地模擬臨床場(chǎng)景的 3D 腫瘤，從而實(shí)現(xiàn)最佳研究?！?/p>
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