一 导语（开篇导读）
胶质母细胞瘤、脑转移瘤等中枢肿瘤临床预后极差，现有药物研发成功率仅 3%-7%。体外二维细胞模型难以还原肿瘤微环境（TME），动物模型成本高、伦理压力大，且人源体外模型与啮齿动物体内实验结果存在差异。

2025年bioRxiv上发布一项创新体外模块化模型技术：基于成年神经干细胞（aNSC）搭建全套小鼠脑肿瘤组装类器官（Assembloid）平台，完全契合3R（替代/减少/优化）动物实验准则，72 小时即可成型、重复性高，分层构建简易到含免疫细胞的多复杂度三维模型，适配神经毒性检测、肿瘤侵袭机制、抗肿瘤药物中通量筛选全链条研究。
 

图1. 生物复杂性递增的连续药物筛选平台

配图说明：展示从 2D 单层神经细胞→3D 脑类器官→肿瘤融合组装模型→含免疫细胞高级肿瘤核心模型的递进式平台架构，清晰区分不同复杂度模型对应的药物筛选应用场景，打通体外到体内研究的转化断层。

二 传统模型核心痛点

1. 传统 2D 贴壁细胞：无三维组织架构，无法模拟细胞互作、药物梯度，神经毒性评估失真；
2. iPSC 人脑类器官：制备周期长、批次差异大、成本高昂，难以批量筛选；
3. 动物体内造模：实验周期久、经费消耗高，受欧盟 3R 法规约束，大规模化合物筛选不可行；
4. 现有肿瘤共培养类器官：肿瘤与脑组织接触面有限，难以复刻临床原位肿瘤包裹、浸润特征，免疫组分缺失。

三 整套模块化 aNSC 脑肿瘤模型平台核心体系
研究建立四层梯度模型，可按需调整生物复杂度，适配不同科研需求：
1. 基础 2D 高通量神经毒性检测模型

• 材料：小鼠成年神经干细胞 aNSC，96 孔标准化培养；
• 分组设置：未分化神经干细胞、成熟神经元 / 星形胶质混合细胞、胶质瘤细胞；
• 检测方法：MTS 细胞活力实验，设置给药 + 恢复期多时间梯度；
• 验证药物：替莫唑胺（GBM 一线药）、金诺芬（潜在抗肿瘤药物），可直观区分药物对正常神经细胞与肿瘤细胞的差异化毒性。

图2. aNSCs衍生的神经球明场图像

2. 原生 3D 大脑类器官（CERO 生物反应器优化培养）
从小鼠脑室下区分离 aNSC，超低吸附板先形成神经球，转移至 CERO 3D 台式生物反应器长期培养，最长可培养 3 个月、直径达 2 mm。 反应器优势对比摇床培养：

• 细胞凋亡（CC3）显著降低；
• 增殖细胞 Ki67 均匀分布，而非仅聚集在类器官边缘；
• 组织分层、神经元网络发育更贴近体内脑组织结构。

图3. aNSCs衍生的内容脑类器官在2、14、21和28天时的生长状况

3. 初代组装模型（肿瘤球 + 脑类器官共融合）
将预成型肿瘤球与成熟脑类器官共培养，实时延时成像追踪肿瘤侵袭行为，可区分不同脑转移肿瘤的浸润特征：

• GL261 胶质瘤：广泛弥散侵入神经组织；
• 肺癌脑转移 LLC1：远距离扩散侵袭； 
• 黑色素脑转移 MK：局限生长、脑组织包裹肿瘤；
• 乳腺癌脑转移 99LN：侵袭滞后，后期形成远处肿瘤灶。

图4. 荧光标记肿瘤球与脑类器官共培养动态变化

4. 肿瘤核心模型（论文首创核心技术）
突破传统融合模型接触面不足短板，采用肿瘤细胞 + 神经细胞共混重组装，通过调控细胞比例（1:2~1:100）复刻多种临床肿瘤病理结构： 1:100 配比：肿瘤细胞散在分布； 10:1 配比：清晰肿瘤内核 + 脑组织外壳（最贴合原发脑瘤临床形态）； 1:2 配比：肿瘤与神经细胞交错镶嵌。

图5.类器官-癌细胞共培养后分布情况

5. 高级免疫型肿瘤核心模型（完整 TME 复刻）
在肿瘤-类器官共培养体系中加入小胶质细胞 EOC2，完美复现临床肿瘤免疫微环境特征：

• 胶质瘤模型：小胶质大量浸润肿瘤团块；
• 乳腺癌脑转移模型：免疫细胞排斥在肿瘤外围，复刻患者病灶免疫景观差异。

图6.高级肿瘤核心模型（右）与癌细胞共培养后分布情况

四 平台五大核心创新优势

1. 合规 3R 替代方案：大幅缩减动物实验规模，规避动物伦理与高昂饲养成本；
2. 模块化可定制：从简单 2D 到含免疫细胞高级 3D 模型自由选配，适配毒性 / 药效 / 免疫机制不同课题；
3. 快速成型、高重复性：所有组装类器官 72 小时完成构建，细胞配比可控，批次差异极低，适合中通量药物筛选；
4. 跨物种桥梁：小鼠源体外模型，衔接人源类器官与小鼠体内实验，缩小转化鸿沟；
5. 应用场景广泛：胶质母细胞瘤、脑转移瘤机制研究、放化疗 / 免疫药物筛选、神经毒性预筛、器官芯片共培养、单细胞多组学研究。

五 应用前景

1. 新药早期筛选：在进入动物实验前批量剔除高神经毒性、无药效化合物，降低研发损耗；
2. 肿瘤微环境机制：解析不同原发肿瘤向脑部转移的侵袭、免疫逃逸差异；
3. 免疫疗法评价：模拟肿瘤 - 小胶质互作，筛选靶向巨噬 / 小胶质免疫药物；
4. 拓展延伸：未来可引入 T 细胞等更多免疫组分，搭建完整抗肿瘤免疫模型；
5. 临床转化方向：方案可改造为人 iPSC 来源类器官，构建患者个体化脑瘤模型，指导个性化用药。

参考文献
文献标题：3R-Compliant Murine Ex Vivo Platform for Scalable Brain Cancer Modeling and Drug Screening 预印本链接：https://doi.org/10.1101/2025.03.03.641148

发表平台：bioRxiv（2025 年 3 月预印本）