肿瘤

两篇论文利用三维生物打印的肿瘤模型测试化疗药物和CAR-T细胞的疗效

作者:生物谷 来源:生物谷 日期:2022-11-17
导读

         研究人员成功地三维生物打印出乳腺癌肿瘤,并在一项突破性的研究中对它们进行了治疗,以更好地了解这种作为全球主要死亡原因之一的疾病。这一科学上的首次创举为肿瘤模型的精确制作奠定了基础。

        来自美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员成功地三维生物打印乳腺癌肿瘤,并在一项突破性的研究中对它们进行了治疗,以更好地了解这种作为全球主要死亡原因之一的疾病。这一科学上的首次创举为肿瘤模型的精确制作奠定了基础。这一进展将使未来的抗癌疗法的研究和开发无需使用动物实验。

        宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系教授、生物医学工程系教授和神经外科教授Ibrahim Ozbolat说,“这将帮助我们了解人类免疫细胞如何与实体瘤相互作用。我们开发出一种工具,作为一个临床测试平台,用于安全和准确评估实验性疗法。它也是免疫学家和生物学家的研究平台,以了解肿瘤如何生长,如何与人体细胞相互作用,以及如何在体内转移和扩散。”

        Ozbolat实验室专门从事于利用三维生物打印制造一系列用于人体健康的组织。关于该实验室利用三维生物打印帮助研究乳腺癌的两篇论文近期发表在Advanced Functional Materials期刊和Biofabrication期刊上,论文标题为分别为“Chemotherapeutics and CAR-T Cell-Based Immunotherapeutics Screening on a 3D Bioprinted Vascularized Breast Tumor Model”和“Biofabrication of 3D breast cancer models for dissecting the cytotoxic response of human T cells expressing engineered MAIT cell receptors”。

        这些作者使用了一种相对较新的技术,即吸取式生物打印技术(aspiration-assisted bioprinting),在三维空间中精确定位肿瘤并制造这种组织。他们随后将这种肿瘤组织形成一种带有血管的多尺度乳腺肿瘤模型,他们发现该模型对化疗和基于T细胞的免疫疗法有反应。

        他们首先通过用阿霉素(doxorubicin)治疗这种肿瘤模型来验证它的准确性,其中阿霉素是一种常用于治疗乳腺癌的蒽环类化疗药物。在发现这种生物打印的肿瘤对化疗有反应后,他们继续与杰克逊实验室的免疫学家Derya Unutmaz博士合作,对这种肿瘤进行了基于T细胞的免疫治疗。

        他们使用了通过基因编辑设计的人类CAR-T细胞来识别和对抗一种侵袭性的乳腺癌细胞。在经过基因编辑的CAR-T细胞在肿瘤内循环72小时后,他们发现,这种生物打印的肿瘤中的细胞产生了积极的免疫反应,并正在对抗这些癌细胞。

        Ozbolat说,“我们的模型是由人类细胞制成的,但我们制作的是一种非常简化的人体模型。存在于天然微环境中的许多细节是我们无法复制的,甚至是无法考虑复制的。我们的目标是在复杂中追求简单。我们希望从根本上了解这些系统是如何工作的---我们需要简化这种生长过程,因为我们没有时间等待肿瘤以自然速度生长。”

        Ozbolat解释说,尽管在癌症治疗方面取得了显著进展,但缺乏研究实验性抗癌药物的临床前平台。他说,不得不依靠临床试验来测试疗效,这最终限制了抗癌药物的成功临床转化。生物打印模型的开发可能为了解肿瘤微环境和身体的免疫反应打开全新的大门。

        Ozbolat说,“免疫疗法已被证实是一种有希望的血液学恶性肿瘤治疗方法。基本上,患者的T细胞提取出来后经过基因编辑,使之对癌细胞具有细胞毒性,然后将经过基因编辑的T细胞重新输注到相同患者的血液中。循环是至关重要的,因为这些经过基因编辑的T细胞需要在身体内移动。对于肿瘤来说,这种有效的循环并不存在,所以我们构建出我们的模型,试图更好地了解肿瘤如何对免疫疗法做出反应。”

        Ozbolat和他的同事们如今正在研究从实际乳腺癌患者身上切除的肿瘤。他们将把免疫疗法应用于患者衍生的肿瘤,以观察它们的反应。

        Ozbolat说,“这是了解疾病复杂性的重要一步,如果我们要开发针对癌症的新型疗法和靶向疗法,这一点至关重要。”

        参考资料:

        Madhuri Dey et al. Chemotherapeutics and CAR‐T Cell‐Based Immunotherapeutics Screening on a 3D Bioprinted Vascularized Breast Tumor Model, Advanced Functional Materials, 2022, doi:10.1002/adfm.202203966.

        Madhuri Dey et al. Biofabrication of 3D breast cancer models for dissecting the cytotoxic response of human T cells expressing engineered MAIT cell receptors, Biofabrication, 2022, doi:10.1088/1758-5090/ac925a.

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