近日，Nature子刊Nature Biomedical Engineering雜志在線發表了來自韓國浦項科技大學機械工程學院的Dong-Woo Cho教授以及首爾國立大學醫學院Sun Ha Paek教授的關于建立患者特性膠質母細胞瘤芯片的工作。利用3D生物打印技術，將由患者來源的腫瘤細胞，血管內皮細胞和豬源腦組織細胞外基質打印形成癌—基質同心環性結構用以重建膠質母細胞瘤的體內結構，生物化學和生物物理特性以及徑向氧梯度，用于在體外觀察患者細胞對放療化療的反應。

背景介紹

膠質母細胞瘤是最常見的腦癌，約占所有惡性原發性腦腫瘤的50%。在腫瘤個體化治療中，使用患者自身腫瘤細胞建立患者特異性癌癥模型能夠有效的篩選并確定對病人最合適的治療方案，是未來腫瘤治療的重要發展方向。雖然建立患者來源的腫瘤移植瘤動物模型能夠在一定程度上再現親本腫瘤的特征，但這種方法也存在建模時間長，成功率低，成本高的缺點和倫理道德問題。近年來，腫瘤芯片的研究與開發有希望克服動物模型的這些不足。腫瘤芯片上是一種基于微流體的3D系統，用以在體外重現腫瘤組織的病理學特征以及細胞的生物活性，機械特性和生理反應。

設計理念

利用3D生物打印技術，將由患者來源的腫瘤細胞，血管內皮細胞和豬源腦組織細胞外基質打印形成癌—基質同心環性結構用以重建膠質母細胞瘤的體內結構，生物化學和生物物理特性以及徑向氧梯度 （圖1）。

圖1：利用3D打印技術建立患者特異性膠質母瘤芯片示意圖

研究亮點

1.使用豬源腦組織細胞外基質作為“生物墨水”

相較于膠原凝膠，膠質母細胞瘤細胞在豬源腦組織細胞外基質形成的凝膠中展現出了較高的細胞增殖速度，細胞侵襲效率。此外，腦組織細胞外基質也有效促進了內皮細胞的血管生成 （圖2）。

圖2：膠質母細胞瘤細胞增殖和侵襲以及內皮細胞的血管生成

2.重建膠質母細胞瘤的病理特征

膠質母瘤芯片模型重建了原始膠質母細胞瘤微環境的三個關鍵特性：細胞與胞外基質相互作用的微環境，血管基質包圍腫瘤組織的區域化結構以及腫瘤組織內的氧梯度 （圖3）。

圖3：腫瘤芯片的構造，內部血管基質包圍腫瘤組織的區域化結構以及腫瘤組織氧梯度。

3.再現臨床觀察到的患者對放療和替莫羅米治療的抗性

從高抗藥性，低存活率患者分離出的膠質母細胞瘤細胞在腫瘤芯片中展現出了類似的放化療抗性和高的細胞存活率（圖4）。

圖4，從患者分離出膠質母細胞瘤細胞在腫瘤芯片中的存活率。X組患者：低或中等放化療抗性，大于2年存活時間；Y組患者：高放化療抗性，小于1年存活時間；Z組患者：化療后腫瘤發生嚴重病變。