美國研究人員利用3D打印技術(shù)制造出了腫瘤細胞的活體模型

2020年5月18日，南極熊從外媒獲悉，美國弗吉尼亞聯(lián)邦大學（VCU）人文與科學學院的一名助理教授利用3D打印技術(shù)制造出了腫瘤細胞的活體模型，這可能使癌癥研究人員能夠更好地了解疾病的進展。

VCU的博士、助理教授Daeha Joung發(fā)明了構(gòu)建腫瘤構(gòu)造的新穎方法。這種新技術(shù)可以精確地放置和控制活細胞，更有效地模仿癌癥傳播的關(guān)鍵步驟。這種方法可以使VCU的Massey癌癥中心的研究人員最大限度地研究癌細胞的生長，并評估抗癌免疫毒素的有效性。

助理教授Joung曾表示，這種新穎的技術(shù)可以用來試驗癌癥藥物，圖片來源：VCU。

從2D打印在癌癥研究中的發(fā)展

來自德國歐洲分子生物學實驗室的研究人員在2018年12月的研究中發(fā)現(xiàn)，2D結(jié)構(gòu)難以準確復(fù)制原生腫瘤微環(huán)境的特征。研究發(fā)現(xiàn)，3D細胞培養(yǎng)物可以建立細胞間的相互作用，可以更好地模仿真實組織的特異性，以更快的速度完成，并顯示出更復(fù)雜的行為。

然而，Joung認為，由于腫瘤細胞的運動受各種化學信號的調(diào)節(jié)，腫瘤的轉(zhuǎn)移性仍然是目前模型的主要預(yù)后和治療挑戰(zhàn)。因此，需要一個更精確的模型，將腫瘤微環(huán)境中的這些元素納入其中，并能夠研究發(fā)生在身體遠處的多層次相互作用。Joung解釋道："已經(jīng)開發(fā)了許多策略來克服這些障礙，但并不完全成功，我可以利用物理學、納米技術(shù)和工程來克服這些障礙，并提供了一個獨特的見解，可能為癌癥的新治療方案打開了大門。"

Joung的方法通過使用3D生物打印和受折紙啟發(fā)的自折疊技術(shù)來創(chuàng)建復(fù)雜的多材料、多尺度和多功能的3D結(jié)構(gòu)，解決了這些限制。這使得活體細胞和支持性基質(zhì)的眾多組合可以在精確的空間控制下整合，從而實現(xiàn)了有前景的生物醫(yī)學應(yīng)用的組織工程化。

3D打印的微膠囊是如何工作，圖片來自VCU。

制造3D打印的細胞控制膠囊

3D打印的刺激反應(yīng)膠囊使Joung能夠控制這些結(jié)構(gòu)中的細胞。這些微觀的膠囊允許在3D基質(zhì)中觸發(fā)釋放化學線索。一旦使用激光輻射激活，Joung能夠在局部水平上操縱細胞行為。當這一點與3D細胞打印結(jié)合在一起時，它允許創(chuàng)建復(fù)雜的腫瘤構(gòu)建體，這些構(gòu)建體使用多路化學信號進行控制。

為了展示膠囊的空間控制，Joung打印了一個包含不同體積的核心陣列，通過部署UV激光可以精確地觸發(fā)這些核心。利用3D打印技術(shù)，Joung能夠在相同的條件下平行測試五組遷移樣品。這種方法還允許他在必要時添加材料，并對所生產(chǎn)的細胞進行定制，以顯示不同的行為。

作為該技術(shù)的成果，Massey的科學家們將能夠向Joung提供癌癥組織樣本，然后規(guī)定他們需要制造的特定設(shè)計或腫瘤結(jié)構(gòu)。然后，利用機器人機構(gòu)和定制的3D打印技術(shù)，Joung將調(diào)整被復(fù)制和打印的細胞類型的數(shù)量和具體配置。

而這又可以使未來的研究人員能夠篩選出新型的抗癌藥物，并測試針對患者的診斷和治療策略。"從工程的角度來看，我的實驗室可以制造出許多不同類型的腫瘤組織仿制物。"Joung說。"如果有人對肺癌感興趣，我們可以打印出肺癌細胞。如果有人對乳腺癌細胞感興趣，我們也可以打印出那些細胞，"他補充說。

Joung的雄心壯志是設(shè)計出先進的3D系統(tǒng)綜合平臺，應(yīng)用于癌癥神經(jīng)再生模型，為測試治療疾病的治療方案提供了新的機會。

利用Joung的方法，梅西中心的研究人員可以測試出治療癌癥的治療方案。圖片來自VCU的梅西中心。

3D打印的抗癌方法

來自其他學術(shù)機構(gòu)的科學家和研究人員也利用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了活體3D細胞模型，目的是為了更好地了解和治療癌性腫瘤。

2020年4月，來自美國和德國的研究人員提出了一種研究膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）的新方法，膠質(zhì)母細胞瘤是一種侵襲性的腦癌類型。他們使用了一系列以灌注血管通道為特征的人類腦細胞和生物材料，實現(xiàn)了長期培養(yǎng)和給藥。三維成像技術(shù)被總結(jié)用于組織構(gòu)建物的無創(chuàng)評估。

新西蘭懷卡托大學的一名碩士生在2018年8月宣布，她計劃在設(shè)計出3D打印的塑料腫瘤模型后，利用真實細胞生長和測試癌癥腫瘤。這些生物打印的模型的基礎(chǔ)是一系列類似于乳腺癌腫瘤的手掌大小的網(wǎng)狀半球。

來自比利時Katholieke大學魯汶分校和印度海得拉巴德理工學院的研究人員在2017年6月發(fā)布了研究報告，調(diào)查了3D打印如何用于癌癥研究。雖然這兩篇論文都強調(diào)了利用3D打印創(chuàng)造微環(huán)境的潛力，但印度研究人員提出了能夠精確放置細胞并在體內(nèi)復(fù)制腫瘤微環(huán)境的可能性。

研究人員的研究結(jié)果詳見于他們題為 " 3D Bioprinted In Vitro Metastatic Models via Reconstruction of Tumor Microenvironments"的論文，該論文發(fā)表在《Advanced Materials 》雜志上，由Fanben Meng、Carolyn M. Meyer、Daeha Joung、Daniel A. Vallera、Michael C. McAlpine和Angela Panoskaltsis-Mortari共同撰寫。