基于GelMA水凝膠構(gòu)建3D腫瘤模型

來(lái)源： EngineeringForLife

水凝膠的3D體外模型具有作為藥物發(fā)現(xiàn)和生物性能篩選的臨床前測(cè)試平臺(tái)的潛力，在ECM水凝膠3D體外模型中選擇一種模仿疾病的細(xì)胞排列對(duì)于評(píng)估抗癌治療性能至關(guān)重要。為了研究不同細(xì)胞排列的影響，近期，圣地亞哥大學(xué)João F. Mano教授團(tuán)隊(duì)在Biomaterials Science期刊上發(fā)表了題為“Hydrogel 3D Invitro Tumor Models for Screening Cell Aggregation Mediated Drug Response”的文章。開(kāi)發(fā)了一種密集的3D球形微腫瘤和載有GelMA和Matrigel ECM模擬支架的載有細(xì)胞的MG-63骨肉瘤平臺(tái)。這種平臺(tái)使癌細(xì)胞/ 3D微組織成熟和lorlatinib藥物性能篩選成為可能。通過(guò)液體覆蓋技術(shù)進(jìn)行的初始3D球體組裝，實(shí)現(xiàn)了密集的細(xì)胞聚集體的制造，其大小，形態(tài)和壞死核的形成均具有可復(fù)制性，從而模仿了天然腫瘤。

3D球體可以更好地模擬致密的實(shí)體人類(lèi)腫瘤的特征，包括從增生外緣到腫瘤核心的養(yǎng)分，氧氣和pH梯度的建立。圖1A是通過(guò)超低粘附力（ULA）板中的液體覆蓋技術(shù)組裝骨肉瘤球體的示意圖。圖1B通過(guò)光學(xué)對(duì)比顯微鏡的3D球體形態(tài)分析。制備出的MG-63球體的細(xì)胞密度為3萬(wàn)個(gè)細(xì)胞（SP-30），直徑約為470-500 μm。

圖1 具有不同細(xì)胞密度SP10-10 000，SP20-20 000和SP30-30 000細(xì)胞的3D MG-63球體的優(yōu)化，以及它們從培養(yǎng)3到14天的進(jìn)化

作者通過(guò)使用Calcein-AM和PI（活/死分析）評(píng)估3D腫瘤球體重塑類(lèi)似于體內(nèi)實(shí)體瘤的特征性壞死核的能力。如圖2所示，熒光顯微鏡觀察了在培養(yǎng)7天和14天時(shí)SP10-10 000，SP20-20 000和SP30-30 000細(xì)胞中壞死核心的形成（紅色通道）。不同條件的比較顯示，在具有20000（SP-20）和3000細(xì)胞（SP-30）的模型中培養(yǎng)14天后，可見(jiàn)壞死核心的形成。

圖2 使用液體覆蓋技術(shù)建立的MG-63 3D球體的活/死分析

圖3A為載有細(xì)胞和嵌入3D球體的水凝膠腫瘤模型裝配的示意圖。分別測(cè)定了細(xì)胞和球狀水凝膠的活/死細(xì)胞活力；載有細(xì)胞的水凝膠以及在不同時(shí)間點(diǎn)嵌入3D球體的水凝膠的細(xì)胞生存力。該模型證明了緊湊的細(xì)胞骨架，即使摻入到水凝膠基質(zhì)中也具有良好的細(xì)胞間相互作用。同樣，在第14天，來(lái)自3D球體的癌細(xì)胞明顯侵入了周?chē)腉elMA基質(zhì)，顯示出了晚期腫瘤的關(guān)鍵特征。這些不同的結(jié)果清楚地表明了癌細(xì)胞在水凝膠中排列的影響，并強(qiáng)調(diào)了不僅要探索載有細(xì)胞的水凝膠的重要性，而且要在ECM模擬支架的設(shè)計(jì)階段為體外疾病建立3D球狀水凝膠模型。

圖3 在模擬ECM的水凝膠中體外3D骨肉瘤模型的表征

在這項(xiàng)研究中，研究人員評(píng)估了骨肉瘤細(xì)胞聚集狀態(tài)對(duì)體外疾病模型模擬體內(nèi)腫瘤關(guān)鍵特征的能力。通過(guò)使用不同的方法，包括液體覆蓋技術(shù)和光/熱交聯(lián)的水凝膠平臺(tái)，建立了三個(gè)不同的平臺(tái)-充滿細(xì)胞的水凝膠，3D球形嵌入的水凝膠和無(wú)支架的3D球形。在制造的模型中評(píng)估了形態(tài)和表型特征以及藥物反應(yīng)。與單細(xì)胞負(fù)載水凝膠相比，嵌入ECM模擬水凝膠中的3D球體提供了更好的平臺(tái)來(lái)概括其潛在的治療潛力和對(duì)治療劑的抵抗力。更重要的是，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了在模擬腫瘤模型的開(kāi)發(fā)過(guò)程中評(píng)估多種聚集狀態(tài)的重要性，以利用它可進(jìn)行藥物開(kāi)發(fā)，篩選以及簡(jiǎn)化基礎(chǔ)生物學(xué)研究。