生物3D打印的肾微环境神经母细胞瘤模型应用
2025-07-18 来源:本站 点击次数:159
本文介绍了一种生物打印的3D 神经母细胞瘤模型，该模型以人源肾脏微环境（含人胚胎肾 293 细胞和原代人肾成纤维细胞）为背景，核心为携带 MYCN 和 ALK 基因扩增的 IMR-32 神经母细胞瘤细胞。通过测试panobinostat（组蛋白去乙酰化酶抑制剂）和blasticidin（肽基核苷抗生素）发现，panobinostat 在治疗有效浓度范围内可选择性诱导癌细胞凋亡而不影响肾细胞，而 blasticidin 对两种细胞均有杀伤作用；且2D 与 3D 培养的敏感性差异具有细胞类型特异性，使 3D 模型的治疗窗口更宽。该模型可高效测试抗癌药物的细胞毒性和肿瘤选择性，其开放式支架设计支持细胞类型替换，具有重要的药物测试价值。
思维导图
研究背景
1. 3D 模型构建
2. 药物测试结果
2.1 单细胞 3D 培养的药物敏感性
2.2 2D 与 3D 培养的敏感性差异（关键数据见表 1）
关键发现：3D 模型中肾细胞对 panobinostat 的抗性更强，使癌细胞与肾细胞的敏感性差异从 2D 的 1 个数量级扩大到 3D 的 2 个数量级，治疗窗口更宽。
3. 共培养模型的药物选择性验证
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思维导图
研究背景
- 神经母细胞瘤：儿童最常见的颅外实体瘤，高风险患者因化疗耐药复发和诱导治疗抵抗，早期死亡率高，肾转移虽罕见但治疗困难（如双侧转移无法手术或放疗）。
- 现有模型局限：动物模型中人类癌细胞处于异种微环境，临床转化效率低（肿瘤药物临床试验失败率达 97%）；2D 培养无法模拟肿瘤 3D 结构及与微环境的互作。
- 生物打印技术：通过层层叠加细胞负载水凝胶构建高分辨率 3D 模型，可模拟肿瘤微环境（TME），为药物测试提供更接近人体的平台。
1. 3D 模型构建
- 生物墨水组成：6.67% 明胶 + 4.5% 海藻酸钠，混合 CaSO₄（30mM）和细胞悬液（5×10⁶ cells/mL），打印后经 CaCl₂交联固定结构。
- 细胞类型：
- 肿瘤核心：IMR-32 神经母细胞瘤细胞（携带 MYCN 和 ALK 基因扩增）；
- 肾脏微环境：人胚胎肾 293 细胞（HEK293）及原代人肾成纤维细胞。
- 结构设计：
- 单细胞模型：8mm 网格结构；
- 肿瘤 - 微环境模型：3mm 直径核心（癌细胞）+6mm 直径外围（肾细胞）的同心圆盘（高 0.4mm），由商用 Bio X 生物打印机（22G 喷嘴）制作，可重复生产 48 个 / 批。
2. 药物测试结果
2.1 单细胞 3D 培养的药物敏感性
- panobinostat 测试：
- IMR-32 对其高度敏感，72h IC50 为 2.1±0.5nM（低纳摩尔级）；
- HEK293 抗性显著，72h IC50 为 107.0±40.1nM（百纳摩尔级），10nM 浓度即可杀死几乎所有 IMR-32，但对 HEK293 无显著影响。
- blasticidin 测试：对两种细胞无选择性，72h IC50 分别为 15.1±6.5μM（HEK293）和 12.4±8.0μM（IMR-32），差异无统计学意义。
2.2 2D 与 3D 培养的敏感性差异（关键数据见表 1）
关键发现：3D 模型中肾细胞对 panobinostat 的抗性更强，使癌细胞与肾细胞的敏感性差异从 2D 的 1 个数量级扩大到 3D 的 2 个数量级，治疗窗口更宽。
3. 共培养模型的药物选择性验证
- panobinostat：仅核心 IMR-32 细胞在 10nM 浓度下大量死亡（红色荧光），外围 HEK293 / 原代成纤维细胞存活（绿色荧光），仅 1000nM 时肾细胞才受影响。
- 凋亡机制：通过 caspase-3 cleavage 检测，panobinostat 主要诱导 IMR-32 凋亡，HEK293 凋亡信号极弱。
- 2D 和 3D 培养中，原代肾成纤维细胞对 panobinostat 的 IC50 与 HEK293 接近（72h 3D IC50 为 158.9±40.5nM），进一步证实肾细胞的抗性，模型具有生理相关性。
- 该生物打印 3D 模型可有效区分特异性抗癌药（如 panobinostat）与非特异性细胞毒药物（如 blasticidin）。
- 3D 培养与 2D 的敏感性差异提示其更接近体内环境，可提高药物测试的准确性。
- 开放式支架设计支持替换肿瘤和微环境细胞类型，适用于个性化药物测试和肿瘤微环境研究，符合 3R 原则（减少动物实验）。
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