對(duì)于腫瘤細(xì)胞，3D培養(yǎng)方法在表型和基因型方面能讓細(xì)胞更接近體內(nèi)的行為。然而，腫瘤微環(huán)境何其復(fù)雜，雖然有研究人員將腫瘤細(xì)胞與其他細(xì)胞如成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)，也有人建立了血管化模型，但還是有些“單薄”無(wú)法精確模擬腫瘤的轉(zhuǎn)移環(huán)境。近日，來(lái)自美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員利用3D生物打印技術(shù)，構(gòu)建了一種新型的“精密”的3D體外腫瘤模型?？梢跃_放置活細(xì)胞（腫瘤細(xì)胞，基質(zhì)細(xì)胞和血管細(xì)胞）構(gòu)建功能性的脈管系統(tǒng)，同時(shí)可以放置信號(hào)分子并控制其釋放來(lái)引導(dǎo)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。重要的是，將腫瘤靶向藥物導(dǎo)入血管可以進(jìn)行藥物篩選。這個(gè)模型幾乎完美地動(dòng)態(tài)重現(xiàn)了癌癥轉(zhuǎn)移的幾個(gè)關(guān)鍵步驟包括侵襲、血管內(nèi)滲和血管生成，對(duì)于腫瘤的研究和新型抗癌藥物的篩選具有重大意義。研究結(jié)果發(fā)表于《Advanced Materials》（IF=21.950）。

 該模型有四大模塊，可以精確模擬腫瘤轉(zhuǎn)移環(huán)境：（1）腫瘤基質(zhì)。選擇水凝膠作為支架，水凝膠中含有成纖維細(xì)胞，用來(lái)構(gòu)成腫瘤基質(zhì)。（2）化學(xué)環(huán)境。3D打印的微膠囊包含趨化通路分子，如VEGF和EGF，在外界刺激下（膠囊外殼響應(yīng)近紅外激光）可動(dòng)態(tài)釋放這些化學(xué)信號(hào)，用來(lái)模擬腫瘤組織中的化學(xué)環(huán)境并指引細(xì)胞遷移。（3）血管系統(tǒng)。將人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）注入微通道進(jìn)行內(nèi)皮化，作為血管導(dǎo)管，以便腫瘤細(xì)胞穿過(guò)內(nèi)皮屏障到達(dá)血管，產(chǎn)生循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）。（4）腫瘤細(xì)胞。將腫瘤細(xì)胞簇置入打印的液滴隔室，模擬腫瘤的原發(fā)部位。

▲3D打印的體外腫瘤模型，模擬腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。3D打印的可編程膠囊梯度釋放EGF和VEGF，介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對(duì)腫瘤基質(zhì)的侵襲和血管內(nèi)滲入。EGF：表皮生長(zhǎng)因子; VEGF：血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子; EGFR：EGF受體；VEGFR：VEGF受體。

▲膠囊釋放的EGF可用于引導(dǎo)腫瘤細(xì)胞遷移。大多數(shù)腫瘤細(xì)胞（A549肺癌細(xì)胞）僅在EGF膠囊區(qū)域中發(fā)現(xiàn)并且隨著更多膠囊破裂而增加。

▲VEGF膠囊誘導(dǎo)主血管出芽，A549細(xì)胞進(jìn)入脈管系統(tǒng)。

滲透到血管中的腫瘤細(xì)胞作為CTCs在血管流動(dòng)，并且可以在獨(dú)立的腔室內(nèi)被收集。可以對(duì)富集的CTCs進(jìn)行特異性分析。

▲在富集的A549肺癌細(xì)胞中，波形蛋白和N-鈣粘蛋白上調(diào)。

     該3D生物打印腫瘤模型可作為藥物篩選的臨床前工具。通過(guò)血管引入兩種免疫毒素藥物EGF4KDEL和CD22KDEL。EGF4KDEL由EGF和截短的假單胞菌外毒素組成，靶向EGFR過(guò)表達(dá)的A549腫瘤細(xì)胞。與無(wú)藥物治療組相比，腫瘤細(xì)胞的增殖顯著減少，并且未觀察到引導(dǎo)入侵和遷移。由于A549不表達(dá)CD22，它們不受CD22KDEL的影響，表現(xiàn)出快速增殖和引導(dǎo)入侵。

▲利用該模型進(jìn)行藥物篩選

     盡管這種模型并不能完全概括體內(nèi)腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性，但其極大化地縮短了傳統(tǒng)2D單層細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物模型之間的差距。同時(shí)推進(jìn)了3D組織工程研究。該研究團(tuán)隊(duì)的下一步計(jì)劃是加入更多的細(xì)胞類型，特別是免疫系統(tǒng)細(xì)胞，并研究這些細(xì)胞之間的相互作用。