腎臟微環(huán)境中生物打印神經(jīng)母細(xì)胞瘤癌癥模型

研究人員利用生物打印技術(shù),構(gòu)建了由 IMR-32 神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞(含 MYCN 和 ALK 基因擴(kuò)增)與人胚腎 293 細(xì)胞及原代人腎成纖維細(xì)胞組成的腎臟微環(huán)境 3D 模型,該模型通過(guò)商用生物打印機(jī)的雙氣動(dòng)擠壓打印頭制作。實(shí)驗(yàn)中,泛巴諾司他(一種組蛋白去乙?；敢种苿?在有效濃度范圍內(nèi)可選擇性誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡,且不影響腎臟細(xì)胞,而殺稻瘟菌素對(duì)兩種細(xì)胞均有細(xì)胞毒性。此外,2D 和 3D 培養(yǎng)的細(xì)胞敏感性存在細(xì)胞類型特異性差異,3D 模型的治療窗口更寬,證明了人類 3D 模型在抗癌藥物研究中的價(jià)值,此模型可用于測(cè)試新抗癌藥物的細(xì)胞毒性和腫瘤選擇性,其開放支架設(shè)計(jì)還能自由更換腫瘤和微環(huán)境細(xì)胞類型。

思維導(dǎo)圖

一、研究背景與目的

<背景<:當(dāng)前抗癌藥物研發(fā)受限于動(dòng)物模型中人類癌細(xì)胞處于異種環(huán)境,神經(jīng)母細(xì)胞瘤作為兒童最常見顱外實(shí)體瘤,存在化療耐藥和高?；颊咴缙谒劳龅葐?wèn)題,且腎轉(zhuǎn)移治療進(jìn)展有限。

<目的<:構(gòu)建全人源腎臟微環(huán)境中的神經(jīng)母細(xì)胞瘤 3D 生物打印模型,用于高效測(cè)試抗癌藥物的細(xì)胞毒性和腫瘤選擇性。

二、模型構(gòu)建與方法

<細(xì)胞類型<

癌細(xì)胞:IMR-32(含 MYCN 和 ALK 基因擴(kuò)增的神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞)。

腎臟微環(huán)境細(xì)胞:人胚腎 293 細(xì)胞、HEK293-GFP 細(xì)胞、原代人腎成纖維細(xì)胞。

<生物墨水<:6.67% 明膠 + 4.5% 海藻酸鈉,與細(xì)胞懸液混合后含 3% 明膠、2% 海藻酸鈉、30 mM CaSO?,細(xì)胞濃度 5×10? cells/mL。

<打印技術(shù)<:使用 Bio X Cellink 生物打印機(jī),雙氣動(dòng)擠壓打印頭,構(gòu)建核心(直徑 3 mm)為癌細(xì)胞、外層(直徑 6 mm)為腎臟細(xì)胞的環(huán)形結(jié)構(gòu),打印后用 100 mM CaCl?交聯(lián) 10 分鐘。

三、藥物測(cè)試結(jié)果

泛巴諾司他(HDAC 抑制劑)

3D 模型:IMR-32 細(xì)胞 IC50 在 24-72 小時(shí)為 2.1-7.5 nM,HEK293 細(xì)胞為 107-509 nM,原代腎成纖維細(xì)胞 72 小時(shí) IC50 為 158.9 nM,癌細(xì)胞敏感性比腎臟細(xì)胞高約 2 個(gè)數(shù)量級(jí),10 nM 即可誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡,腎臟細(xì)胞僅在 1000 nM 時(shí)少量死亡。

2D 培養(yǎng):IMR-32 細(xì)胞 IC50 為 2.5-4.9 nM,HEK293 細(xì)胞為 38.5-40.5 nM,敏感性差異約 1 個(gè)數(shù)量級(jí)。

殺稻瘟菌素(抗生素)

3D 與 2D:對(duì) IMR-32 和 HEK293 細(xì)胞 IC50 值相近,無(wú)顯著細(xì)胞類型差異,3D 中 72 小時(shí) IC50 分別為 12.4 μM 和 15.1 μM,2D 中為 3.9 μM 和 5.0 μM。

四、模型優(yōu)勢(shì)與意義

與 2D 對(duì)比:3D 模型中藥物治療窗口更寬,能更準(zhǔn)確反映細(xì)胞在生理微環(huán)境中的反應(yīng)。

生理相關(guān)性:使用原代腎成纖維細(xì)胞替代 HEK293 細(xì)胞,增強(qiáng)了模型的病理生理相關(guān)性。

應(yīng)用價(jià)值:可區(qū)分癌癥特異性藥物(如泛巴諾司他)和非特異性細(xì)胞毒性藥物(如殺稻瘟菌素),支持個(gè)性化治療和新藥物開發(fā),遵循 “3R” 原則減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)表格

關(guān)鍵問(wèn)題

1. 生物打印的神經(jīng)母細(xì)胞瘤 3D 模型相比傳統(tǒng) 2D 培養(yǎng)有何優(yōu)勢(shì)?

答案:3D 模型中細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性存在細(xì)胞類型特異性差異,治療窗口更寬。例如,泛巴諾司他在 3D 模型中對(duì) IMR-32 細(xì)胞的 IC50 值比 HEK293 細(xì)胞低約兩個(gè)數(shù)量級(jí),而 2D 中僅低約一個(gè)數(shù)量級(jí),3D 模型更能模擬體內(nèi)腫瘤微環(huán)境,準(zhǔn)確反映藥物在生理環(huán)境中的效果。

2. 泛巴諾司他和殺稻瘟菌素在模型中的作用有何不同?

答案:泛巴諾司他是組蛋白去乙酰化酶抑制劑,可選擇性誘導(dǎo) IMR-32 細(xì)胞凋亡,在 10-100 nM 濃度下殺死癌細(xì)胞,且不影響腎臟細(xì)胞;殺稻瘟菌素是肽基核苷抗生素,對(duì) IMR-32 和腎臟細(xì)胞均有細(xì)胞毒性,無(wú)選擇性,3D 和 2D 培養(yǎng)中兩者 IC50 值相近。

3. 該模型在抗癌藥物研發(fā)中的潛在應(yīng)用有哪些?

答案:可用于測(cè)試新抗癌藥物的細(xì)胞毒性和腫瘤選擇性,如篩選對(duì)癌細(xì)胞特異性殺傷而不損傷正常細(xì)胞的藥物;能通過(guò)更換腫瘤和微環(huán)境細(xì)胞類型,適應(yīng)不同癌癥研究;還可結(jié)合患者來(lái)源的腫瘤細(xì)胞,開發(fā)個(gè)性化治療策略,減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)使用。

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