TUhjnbcbe - 2021/3/10 17:35:00
美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）纳米工程系主任ShaochenChen教授课题组在AdvancedMaterials期刊发表了题为“Biomaterialsand3DBioprintingStrategiestoModelGlioblastomaandtheBlood–BrainBarrier”的综述文章，该论文第一作者为UCSD博士生汤忞，通讯作者为ShaochenChen教授。脑胶质母细胞瘤（GBM）是成人中枢神经系统中最常见致命的原发性癌症。GBM具有免疫抑制性、高度异质性，血脑屏障（BBB）和大脑独特的生化和解剖特征也会限制化疗或免疫疗法的疗效，导致GBM整体复发率高、预后差。此文总结了生物3D打印在GBM和BBB体外建模的最新进展，提出了结合生物3D打印和生物材料的策略来实现体外构建GBM-BBB组合模型的概念及对标准化3D模型的建议。文章内容主要包括以下部分：1.脑胶质母细胞瘤和血脑屏障的微环境这部分包括了脑胶质母细胞瘤及血脑屏障的微环境解析：（1）细胞和细胞外基质（ECM）组成；（2）细胞及ECM的结构及组合；（3）组合后的微环境所具备的生物物理或生化特性。GBM的肿瘤微环境中有大量不同种类细胞组成（下图），其中包括肿瘤相关巨噬细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元、间充质干细胞和组成血管的细胞。BBB的细胞成分包括脑微血管内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞和神经元，它们共同形成了中枢神经系统的功能性神经血管单位（下图）。文中还总结了分别存在于脑胶质母细胞瘤、血脑屏障、及脑内的主要ECM成分及它们的作用（表1、2）。2.生物材料介绍构建仿生3D模型需要使用具有良好的生物相容性和组织特异性的生物材料。生物材料需具备适当的生物物理特性、生化特性、降解动力学。文中依照与脑ECM的相关性、3D生物打印的适用性的顺序介绍主要的生物材料（表3）。3.生物3D技术介绍生物3D打印能实现高分辨率，高重复性，并且可个性化定制，目前已成为生物医学领域的重要工具。主要的生物打印方法包括：喷墨式、挤出式和光辅助式（包含双光子、数字光处理、层析成像等）生物打印（下图）。文中总结了各项方法的优缺点、特点如精度、速度、打印材料的要求等（表4）。4.GBM和BBB的生物3D打印生物3D打印被广泛用于构建各种癌症模型，如乳腺癌、胰腺癌、肝癌、卵巢癌和转移模型等。这一部分总结了使用3D打印构建的GBM、BBB模型，并分析各种模型可能解决的生物学问题。3D打印的单培养GBM模型适用于肿瘤与ECM的相互作用（下图）。双培养的3D模型是肿瘤微环境的简化版（下图），可以揭示特定细胞间的相互作用，并可以用于在体外筛选靶向特定间质细胞的治疗方法。多细胞GBM模型是由肿瘤细胞和多种间质细胞类型组成的GBM模型，是高度重现GBM异质性的体外模型（下图）。在多细胞模型中，可以研究细胞-细胞和细胞-基质相互作用，可以重现肿瘤生长和侵袭模式，获得3D培养的肿瘤转录组谱，进行肿瘤体外药敏试验，提出个性化的治疗建议，并预测临床结果。这些模型可用于高通量的药物筛选和CRISPR筛选，有极高的临床价值。目前用于模拟BBB的生物3D打印主要是利用该技术开发更接近于真实、复杂生物结构的微流控设备，与传统的微流控技术相比降低了操作时间和成本（下图）。5.总结与展望为了进一步扩展生物3D打印在生物医学领域的应用，研究者们应当致力于开发更合适的生物墨水、并且提高现有的生物3D打印技术水平。作者还提出需要为3D模型建立标准化评估方法，为临床有效性相关的功能参数建立定性和定量的标准；功能参数包括基因组、转录谱、药物反应、BBB的屏障特性、GBM的侵袭性或肿瘤发生能力等。在获得大量数据后，研究人员们将了解如何使用最简化的方法来最优化地构建仿生组织，从而在不影响体外模型仿生性的前提下降低研究成本和时间。原文（扫描或长按