新型肿瘤细胞球培养和药物敏感度测试系统——透明透气的液体弹珠

癌症治疗的主要方式是化学药物治疗。在化疗中癌症细胞表现的耐药性是造成癌症治疗失败的主要原因。如何在化疗开始前对特定病人身上的药物敏感性进行准确测试和判断,进而选用合适有效的化疗药物是具有重要临床科研价值的问题。但是常规的药物敏感性测试都是基于培养在平面培养皿中的二维细胞系。而人体中,癌症细胞是聚集成三维的细胞球生长的。从二维细胞系中得到的药物敏感性实验结果往往和实际中三维的癌症细胞球药物敏感性有明显差异。体外三维细胞球培养理论的提出,让体外的细胞实验更接近于体内的实际情况。传统的体外三维细胞球培养系统,比如多孔板悬浮培养,需要经常性的机械搅拌,让癌症细胞处于悬浮状态。这和体内癌症细胞处于一种相对稳定静止的生长环境有较大差异,而令癌症细胞只能生长聚集成疏松的团簇而不是紧密的三维细胞球。如何更好地模拟人体体内环境高效的培养三维癌症细胞球,并用于药物敏感性检测引起了广泛的研究兴趣。
液体弹珠(liquid marble)是由疏水颗粒包裹微升级的少量液滴形成的具有部分固体性质的液体球。液体弹珠在固体表面可以保持自身独立性而不会粘附在固体表面上。液体弹珠表面包裹的疏水颗粒可以赋予液体弹珠各种不同的响应性,比如温度反应,磁性反应等等。液体弹珠这种独立液固体系具有微量而稳定的特点并且具有广泛的应用前景,因而迅速吸引了大量注意。

Untitled香港城市大学生物医学系杨梦苏课题组和姚希课题组合作首次将透明透气的液体弹珠应用到了肿瘤细胞球培养中,并在药物敏感度测试中发现液体弹珠培养出来的肿瘤细胞球比传统方法-多孔板悬浮培养或二维平面细胞对药物的耐受程度更高。在制备透明透气的液体弹珠中,他们发现了液体弹珠表层覆盖的疏水颗粒的粒径会影响液体弹珠的透光性。用直径15纳米的硅纳米颗粒制备得到的液体弹珠,透光率有接近85%而用直径2微米的硅颗粒制备得到的液体弹珠只有25%的透光率。他们利用了这个透光透气的液体弹珠实现用单细胞或者多细胞培养出三维肿瘤球并且实时观测记录了三维肿瘤球的生长过程。在接下来的药物敏感性检测中,他们以传统方法-多孔板悬浮培养的细胞团簇和培养皿中的二维细胞系作为对照组,以用新型透明透气液体弹珠培养获得的三维细胞球作为实验组,测试了细胞对四种化学药物和两种抗癌的小分子干扰核糖核酸的敏感程度,发现实验组具有普遍的更高的耐药性:实验组半数致死量比对照组高2到6倍。进一步的基因表达量筛查实验中发现,实验组中的N-Cadherin表达量明显上升而E-Cadherin表达量明显下降。从侧面反映了,培养方法的不同会同一个细胞系有不用的基因表达进而表现不同的药物敏感性。总的来说,这种新型的透明透气的液体弹珠中培养的得到的三维癌症细胞球是具有更接近临床实际情况的潜力,并用于临床筛选恰当的化疗药物的。在此之外,这个透明透气的液体弹珠系统在其它细胞球培养,原位观察和高通量药物筛选中还有很大的潜力有待挖掘。

研究者相信,此项研究将会为癌症细胞球培养和应用打开了一扇窗户,并为革新基于二维细胞系的癌症机理研究提供新的思路。相关论文在线发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.201700185)上,并于当期Inside Front Cover做重点介绍。

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