Advanced Materials:构建脑胶质母细胞瘤和血脑屏障的生物材料和生物3D打印策略

脑胶质母细胞瘤(GBM)是成人中枢神经系统中最常见且最恶性的癌症种类。GBM肿瘤微环境具有高免疫抑制性;不同病人的肿瘤显示出高度异质性;以及大脑独特的生化和解剖特征,例如血脑屏障(BBB)会限制化疗或免疫疗法的疗效;诸多原因结合导致患者在术后普遍复发率高、预后差。现有的体外模型(传统细胞培养)或动物模型在重现GBM的病理特征以及BBB的屏障功能上仍有限制,也可能导致了数十年在新药开发上的困境。生物3D打印作为一项增材制造技术,结合源于细胞外基质的生物材料、人源细胞,有潜力在体外构建出具有更好的仿生性、临床相关性的组织模型及疾病模型。3D打印的灵活性也使这项技术适用于模拟高度异质的肿瘤组织。

美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)Shaochen Chen教授课题组在Advanced Materials 期刊发表了题为“Biomaterials and 3D Bioprinting Strategies to Model Glioblastoma and the Blood–Brain Barrier”的文章,首次提出结合生物3D打印、生物墨水、组织工程技术构建具有高仿生性的脑胶质母细胞瘤/血脑屏障复合模型,可用于加速新药研发和基础研究。此文首先详细介绍了GBM、BBB独特的细胞、细胞外基质成分及功能,列举了与GBM、BBB模型相关的生物材料,也介绍了目前主要的生物3D打印技术及各项技术的优缺点、特点、及适用生物材料。文章总结了生物3D打印技术及生物材料在GBM和BBB体外建模、研究的最新进展,并详细分析了不同模型适用于解决的生物问题。此文首次提出了通过生物3D打印和生物材料构建能够提高新药开发成功率、用于基础研究的GBM/BBB复合模型。通过这种复合模型,将有可能在体外筛选出有潜力通过血脑屏障且能够有效杀伤肿瘤细胞的治疗方发。作者最后提出建议,由于3D打印肿瘤模型凭借其良好的重现性、临床相关性、优于传统模型的遗传信息保真度,有望代替传统细胞培养或部分动物实验为临床前研究积累数据,应该为3D肿瘤模型建立标准化构建、评估方法。例如为重要的功能参数,比如转录谱、药物反应、血脑屏障的屏障功能、肿瘤的侵袭性或增殖能力等,建立定性和定量的标准。在获取不同来源的大量数据后,研究人员们将有可能了解模拟肿瘤的必要条件,从而优化仿生肿瘤组织的构建方法,在不影响仿生性的前提下降低研发成本和时间。

相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202004776)上,UCSD纳米工程系主任Shaochen Chen教授为通讯作者,UCSD纳米工程系博士生汤忞为第一作者。