Small:快速3D生物打印胶质母细胞瘤模拟生物物理异质性

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。GBM肿瘤微环境的特征包括高度异质性,血管增生,肿瘤耐药性高、易复发。细胞和细胞外基质(ECM)是异质性的两个主要来源。美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)Shaochen Chen教授课题组在Small 期刊发表了题为“Rapid 3D Bioprinting of Glioblastoma Model Mimicking Native Biophysical Heterogeneity”的文章,使用的3D生物打印技术能够快速、灵活、可重复地建立具有生物物理异质性的患者脑胶质母细胞瘤模型,该模型作为一个调控系统,可用于研究GBM的疾病机制和药物筛选。

本工作建立了一种多区域的GBM的体外仿生模型,具有含GBM干细胞的肿瘤区、含内皮细胞的血管区、以及不含细胞的纯基质区域。每一个区域被构建为对应临床数据中获得的不同的组织硬度:肿瘤、病理性或健康的脑实质、毛细血管。模型中使用了患者来源的GBM细胞和人内皮细胞,并结合透明质酸衍生物,建立了一种物种匹配且生化相关的GBM微环境。这项研究表明,生物物理信号参与到多项肿瘤细胞行为和血管生成的过程,并且能够导致肿瘤细胞向不同的分子亚型转化。高硬度模型中肿瘤细胞显示出间充质亚型、弥漫性侵袭,并且观察到出芽式血管生成,肿瘤细胞对替莫唑胺(TMZ)药物敏感性较低。低硬度模型中肿瘤细胞显示经典亚型富集、并且以扩张性增殖的模式侵袭基质。这项工作运用生物3D生物打印技术,快速、灵活、可重复地建立GBM多区域、多硬度、多细胞模型,首次在体外建立了仿生的GBM生物物理异质性,有潜力作为研究GBM发病机制及药物筛选的新平台。

文中正文图3:生物物理信号诱导不同的肿瘤细胞基因表达和侵袭模式。

文中正文图4:生物物理信号影响血管生成模式、血管相关基因表达,以及肿瘤细胞对药物的敏感性。

相关论文在线发表在Small杂志 (DOI: 10.1002/smll.202006050),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。