2021年8 月 20 日——以色列研究人员使用癌症患者的组织样本成功打印了一个活跃、可行的胶质母细胞瘤 3D 肿瘤模型。除了在个性化医疗方面的潜在应用外，这一成就有望加速药物开发并增加已开发药物在临床试验中取得成功的机会。结果于 8 月 18 日发表在《科学进展》上。
当前的癌症模型，尤其是传统的 2D 培养皿肿瘤模型，缺乏对正确表达癌症生物学复杂性至关重要的肿瘤-基质相互作用。这种无法重建肿瘤微环境的能力是在实验室研究中显示出希望的药物在临床试验中失败的原因之一。
在这项研究中，特拉维夫大学的一个团队使用两种不同的生物墨水在 EnvisionTEC 3D 生物绘图仪上打印 3D 胶质母细胞瘤肿瘤，重建了动态肿瘤微环境：肿瘤生物墨水包含天然聚合物纤维蛋白原和明胶，牺牲血管生物墨水由热可逆生物墨水组成。 , 生物相容性合成聚合物。
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为了模拟真实的肿瘤微环境，该团队在 3D 模型中添加了源自患者的胶质母细胞瘤细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞。此外，通过用脑周细胞和内皮细胞涂覆牺牲血管生物墨水，创建了可灌注的血管，血细胞和药物可以通过这些血管流动，进一步增加了模型的真实性。
3D 生物打印胶质母细胞瘤模型的显微图像。
3D 生物打印胶质母细胞瘤模型的显微图像。生物打印的血管覆盖着内皮细胞(红色)和周细胞(青色)。血管周围是由胶质母细胞瘤细胞(蓝色)和微环境细胞(绿色)组成的大脑模拟组织。可以通过 3D 生物打印血管灌注不同的药物或细胞，以测试它们对肿瘤组织的影响。图片由特拉维夫大学提供。
胶质母细胞瘤是最常见、最具侵袭性和最致命的恶性脑癌。研究胶质母细胞瘤细胞并为其开发治疗方法的科学家们一直对在 2D 塑料制品模型中开发的实验室模型的局限性感到沮丧，这些模型无法在体内复制给定治疗的多种效果。
“与所有组织一样，癌症在塑料表面上的表现与在人体中的表现非常不同，”首席研究员 Ronit Satchi-Fainaro 博士说，他是癌症研究和纳米医学实验室的负责人，也是 Morris Kahn 3D 生物打印技术的主任。特拉维夫大学癌症研究计划，在一份声明中。“大约 90% 的实验药物在临床阶段失败，因为在实验室中取得的成功无法在患者身上重现。发生的情况是癌症药物在塑料模型中表现良好，但这种成功并没有转化为患者.”
这个问题激发了 Satchi-Fainaro 和她的同事开发 3D 生物打印肿瘤模型，以用作更现实的平台，用于快速药物筛选和预测患者的治疗结果。
为了测试 3D 模型的临床相关性，研究人员评估了患者来源的癌细胞对替莫唑胺 (TMZ)(一种用于治疗胶质母细胞瘤的药物)的反应。来自三个不同患者的细胞被接种到 3D 打印的肿瘤模型中，为了比较，在 2D 塑料模型(24 孔板)中。然后，将不同的 TMZ 浓度应用三天。为了测量 TMZ 在每个模型中的功效，研究人员测量了相应的半数最大抑制浓度(IC50 值)。
结果表明，在 2D 培养物中观察到的 IC50 值在不同患者的细胞中几乎相同，而在 3D 打印模型中生长的每种细胞类型表现出不同的 IC50 值。这一结果与不同患者对同一疗法的反应不同的观察结果一致——这种现象构成了个性化医疗的基础。事实上，获得这些细胞的三名患者对他们的 TMZ 治疗的反应都不同，并且每位患者的存活时间也不同。
Satchi-Fainaro 吹捧了 3D 打印模型在个性化治疗筛选中的潜在应用。
“如果我们从患者的组织中取样，连同其细胞外基质，我们可以从这个样本中 3D 生物打印 100 个微小肿瘤，并以各种组合测试许多不同的药物，以发现针对这种特定肿瘤的最佳治疗方法，”她说。
作者还设想了 3D 打印模型作为药物发现和开发的平台。
Satchi-Fainaro 说：“我们可以在 3D 生物打印肿瘤上测试多种化合物，并决定哪种化合物最有希望作为潜在药物进行进一步开发和投资。”
此外，除了替代 2D 塑料培养物外，作者还建议 3D 打印模型可以替代动物模型进行临床前癌症药物筛选研究。作者写道，在胶质母细胞瘤研究中，动物模型特别难以建立和监测，需要许多动物才能获得低方差结果。
