《生物制造》:世界首个体外三维肿瘤模型构建成功

<正>清华大学机械工程系"千人计划"特聘教授孙伟课题组运用自主开发的细胞三维打印技术,在世界上首次构建出Hela细胞(一种子宫颈癌细胞)的体外三维肿瘤模型。相关研究发表于最新一期的《生物制造》(Biofabrication),英国广播公司也对此成果进行了报道,并称之为"令人着迷的技术进展"。据了解,三维打印构建的癌细胞三维结构能够更好地反映体内肿瘤的生长和发育情况,是一种更接近体内癌细胞病变特性的肿瘤模型。其对     

《生物制造》:世界首个体外三维肿瘤模型构建成功

<正>清华大学机械工程系"千人计划"特聘教授孙伟课题组运用自主开发的细胞三维打印技术,在世界上首次构建出Hela细胞(一种子宫颈癌细胞)的体外三维肿瘤模型。相关研究发表于最新一期的《生物制造》(Biofabrication),英国广播公司也对此成果进行了报道,并称之为"令人着迷的技术进展"。     

HepG2细胞在模拟微重力条件下的生长研究——体外细胞三维生长模型构建

将人肝癌细胞(HepG2)接种于生物可降解支架聚羟基乙酸(polyglycolicacid,PGA)上,采用模拟微重力方法,在具有低剪应力和适宜气体扩散的旋转细胞培养系统(RCCS)中培养,构建体外三维培养模型.通过扫描电镜、透射电镜、RT-PCR、流式细胞术等方法观察分析.结果表明,细胞在此模型中生长良好,细胞呈多面体,含有丰富的微绒毛、线粒体以及胞间有紧密连接形成.该系统有利于细胞形成三维结构,更接近于体内细胞实际生长状况.另外,通过黏附分子表达分析,表明该模型重现了肝癌细胞某些体内侵袭转移特征.一些在肿瘤细胞侵袭和转移过程中具有重要作用的细胞黏附分子(celladhesionmolecules,CAMs)表达有了显著的变化,其中E-钙粘素(E-cadherin)表达降低,CD44、细胞间黏附分子-1(intercellularadhesionmolecule-1,ICAM-1,CD54)以及整合素β1(integrinβ1,CD29)表达增高.在体外实验中,对实验模型的适当选择是得到理想客观实验结果的必要前提,采用模拟微重力的方法构建的体外细胞三维培养模型,将为肿瘤生物学研究、药物敏感性试验等提供更为理想的研究模型.     

胚胎肝细胞用于肝组织工程的体外培养研究

目的:观察三维受控组装系统下,胚胎肝细胞在三维立体结构的体外生长状态,探讨胚胎肝细胞在肝组织工程中应用的可行性。方法:用清华大学机械工程系研制的"三维受控组装系统",将第15 d小鼠胚胎肝细胞作为肝组织工程的种子细胞,与以明胶为主的复合材料混合,构建成复杂三维立体结构,观察其体外生长发育状态。对体外培养1周及4周的三维类肝组织标本进行苏木精-伊红(HE)染色,免疫组织化学方法检测甲胎蛋白(AFP)及白蛋白(ALB)的表达,并对体外培养4周的三维类肝组织用PAS显色法检测肝糖原表达。结果:HE染色结果显示体外培养的胚胎肝细胞在三维支架材料中,可形成含有类血管和肝组织样结构;体外培养1周的类肝组织AFP表达呈阳性,体外培养4周的三维类肝组织ALB表达呈阳性,PAS显色亦呈阳性。结论:在三维受控组装系统的构建下,呈立体状生长的胚胎肝细胞,可逐渐形成肝组织样结构,并显示一定的肝脏功能。     

基于微流控芯片构建三维基质支架中的多细胞球体模型

抗癌药物在进行动物和临床试验以前,需要用体外肿瘤组织模型评估药效.由于三维(3D)多细胞球体(multicellular tumor spheroids MCTSs)在抗药性和组织结构等方面与体内肿瘤组织相似,常被用作体外肿瘤组织模型.为监测MCTSs在形成过程中,肿瘤细胞之间和肿瘤细胞与基质之间的相互作用,基于微流控技术基础上自行设计和构建MCTSs模型.该肿瘤MCTSs模型实验结果表明,在3D微环境下,血清能够诱导MDA-MB-231形成直径为289μm的MCTSs,肿瘤细胞MCTSs之间有相互靠近的趋势,并且发现凋亡细胞多分布在MCTSs之间.肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)诱导MDA-MB-231形成MCTSs之间没有相互靠近的趋势,并且MCTSs直径的长度很难达到100μm.以上结果表明,该模型有望为研究肿瘤形成MCTSs机制和药物筛选提供有用的体外肿瘤模型.     

替吉奥联合三维适形放疗对胰腺癌细胞生物学的影响

目的：探究替吉奥复方制剂联合三维适形放射疗法对胰腺癌细胞生物学的影响及安全性评价。方法：培养PANC-1人胰腺癌细胞,构建PANC。1胰腺癌裸鼠异位肿瘤模型并随机进行分组。观察替吉奥联合三维适形放疗对胰腺癌肿瘤细胞生长的抑制作用,记录荷瘤裸鼠的肿瘤体积以及生存期。同时观察联合治疗所产生的副作用。结果：相比于单独用药组和单独放疗组,联合组能够显著抑制肿瘤体积生长,延长荷瘤裸鼠的中位生存期。结论：替吉奥单独给药和单独三维适形放疗均能抑制肿瘤的生长,二者联合使用能够发挥协同作用,是一种潜在的高效的胰腺癌治疗手段。     

三维细胞培养技术应用于肿瘤细胞的研究进展

三维细胞培养是一种模拟细胞在体内微环境生长的新兴培养技术。在三维支架中细胞能以三维空间的方式生长,并以三维方式与周围的微环境交互作用,能充分体现肿瘤细胞的黏附、侵袭及远端转移过程,可作为动物模型和二维培养模型之间的桥梁。三维细胞培养技术广泛应用于肿瘤模型构建、肿瘤细胞生理学研究以及肿瘤耐药机制分析等的研究。     

细胞三维培养：组织工程的关键技术突破口

组织工程是有望从根本上解决组织,器官缺损或失能的医学难题的一门新兴边缘学科,组织,器官发育的细胞和分子机制的进一步揭示和体外构建工程组织,器官的细胞培养技术的进步将使组织工程在新的千年成为广泛应用的新的治疗模式。细胞三维培养要成为体外构建工程组织,器官的成熟技术体系需先解决以下问题;（1）细胞;（2）生物材料;（3）培养基;（4）培养装置;（5）异型细胞的共培养;（6）细胞三维培养物血管化。     

肿瘤治疗中的多细胞耐受性与三维细胞培养

肿瘤治疗中的多细胞耐受性是由于体内肿瘤具有三维结构而产生的对药物、射线等作用的耐受性。近年来人们利用体外三维细胞培养技术研究多细胞耐受性,发现其机制主要为三维结构相关的耐受性和接触性耐受性,并发现一些逆转或减弱多细胞耐受性的方法,显示了其作为临床肿瘤单独治疗或联合治疗的应用前景。     

生物制造领域的机遇与挑战：发展类器官构建及培养的新技术

类器官构建及培养技术是近年来新兴的前沿性科学技术，该技术已经被广泛用到组织器官发育、疾病发病机制、药物开发和再生医学等领域的研究之中。干细胞及组织器官发育分化调控的研究成果为类器官构建及培养技术的建立提供了重要的信息。体外借助细胞外基质成分及细胞因子等构建出适宜于干细胞增殖、分化的三维微环境是类器官构建及培养技术的核心。在适宜的微环境中，干细胞及其分化的多种类型细胞可通过自组织形成与体内相应组织结构和功能相似的类器官。当前，多种类型的类器官构建及培养技术虽然得到广泛应用，但其技术体系仍具有操作的复杂性、产量的不确定性及获得的类器官结构和功能与体内组织存在较大差异性等难题。生物制造领域先进技术的引入推动了类器官技术的发展。本文将综述基质成分与细胞因子构建的三维微环境的研究进展，并讨论生物制造领域的先进技术在类器官构建与培养技术中的应用，例如微孔限定的培养技术可以控制类器官的生长发育，能用于制备大小均一及生物学特性相似的类器官；图案化技术使细胞按图案特征响应性地增殖与分化，可以精准控制类器官的生成；三维生物打印技术可以精确组装各类细胞，有助于构建具有复杂结构和区域特异性的类器官。类器官构建...     

转移性人肝癌类组织体模型的建立

为了探讨三维培养状态下人肝癌细胞的生物学特征和转移潜能,利用旋转壁式生物反应器(rotating wall vessel, RWV)结合生物支架材料,将高转移性人肝癌细胞(MHCC97H)成功地构建成一种新的转移性人肝癌类组织体模型,针对肝癌细胞的临床病理特征,一系列体外和体内实验包括组织形态、显微结构、蛋白质产生和分泌、葡萄糖代谢、组织特征基因表达、细胞的生长和凋亡,以及在裸鼠中的成瘤性和转移性等对模型进行检测评估,结果均显示,该模型能较好地模拟转移性人肝癌组织的病理特征,且优于单层培养的人肝癌细胞,该模型可能对肝癌转移分子机制探讨、抗癌药物筛选以及肝癌动物模型建立产生积极的推动,同时也表明肝细胞癌(HCC)细胞的立体形态结构对维持肝癌细胞生物学功能十分重要．     

斑马鱼肝癌细胞与肿瘤相关成纤维细胞可视化转移模型的构建

目的 利用斑马鱼构建肝癌细胞与肿瘤相关成纤维细胞(cancer associated fibroblasts, CAFs)可视化转移模型,为CAFs介导的肿瘤转移患者的机制研究和药效评价提供临床前模型。方法 建立肝癌Huh7细胞与CAFs体外共培养体系,分别采用CCK8和Transwell小室检测Huh7细胞的增殖和迁移能力。同时将不同颜色荧光标记的Huh7细胞和CAFs注射到斑马鱼卵黄周隙中,构建可视化转移模型,观察CAFs对Huh7细胞迁移的影响以及Huh7细胞与CAFs在血管中的结合情况。结果 与CAFs共培养的Huh7细胞的增殖和迁移能力显著增加。此外,成功建立斑马鱼肝癌细胞和CAFs可视化转移模型。与CAFs共注射的Huh7细胞的迁移能力和结合率显著增加。结论 CAFs促进肝癌细胞的迁移,并且在远端转移中,大多数肝癌细胞与CAFs仍处于紧密结合状态。因此在临床上可以靶向实体瘤的成纤维成分,阻断其对肿瘤的支持作用,为肿瘤治疗提供新策略。     

基于细胞自动机的实体肿瘤生长动态建模

基于细胞自动机方法,建立了一种简单的实体肿瘤免疫性系统模型,用来模拟实体肿瘤生长过程中的情况．我们基于二维随机、离散细胞自动机计算方法,在生物细胞水平上,建立了一种肿瘤免疫性系统生长模型．该模型考虑了免疫反应的宏观性质,描绘了癌细胞和机体免疫系统之间的细胞相互作用,表现了围绕在肿瘤机体周围,免疫系统细胞的免疫作用发展情况．我们研究了常规细胞自动机模型,设计出实体肿瘤模型随机演化生长规则．最终,构建离散细胞自动机肿瘤免疫性系统模型,并做了相应的数值仿真试验．通过对仿真模型不同参数的调整,最终的仿真结果表明,该模型能反映肿瘤免疫性系统基本的相关性质．     

小鼠囊胚植入三维模型的实验研究

将人纤维蛋白凝胶作为小鼠囊胚体外三维培养的支持物,建立小鼠囊胚体外三维植入模型,用以观察囊胚在体外的立体生长情况。通过实验表明人纤维蛋白凝胶对培养小鼠囊胚的孵出率、扩展率均无影响。在人纤维蛋白凝胶上培养的囊胚可以保持囊胚的立体结构,并有滋养层细胞极性的迁移和部分细胞的植入,使其更接近于体内囊胚的着床行为。说明人纤维蛋白凝胶可以作为小鼠囊胚三维培养的支持物,为研究小鼠囊胚植入机制建立实验基础。     

VEGF-α诱导对卵巢癌血管生成拟态形成及侵袭、迁移能力的影响

目的探讨细胞因子VEGF-α诱导对卵巢癌SKOV-3和OVCAR-3细胞系血管生成拟态形成及侵袭、迁移能力的影响。方法采用不同细胞因子诱导卵巢癌SKOV-3和OVCAR-3细胞系,通过三维培养来观察卵巢癌细胞形成血管生成拟态的能力;以划痕实验和侵袭实验来判断细胞因子诱导对卵巢癌细胞侵袭、迁移能力的影响。结果三维培养结果表明在VEGF-α组SKOV-3和OVCAR-3细胞可观察到大量、明显的血管样网状结构;细胞划痕试验结果表明卵巢癌细胞系经细胞因子诱导后,其迁移能力明显增强;体外侵袭实验表明VEGF-α能够明显增强卵巢癌SKOV-3和OVCAR-3细胞的体外侵袭能力。结论 VEGF-α能促进卵巢癌细胞系血管生成拟态的形成,并明显增强卵巢癌细胞侵袭和迁移的能力。     

穿膜素TAT介导的KDR-siRNA慢病毒载体的构建及其靶向肺癌A549细胞的抗肿瘤作用

为了构建TAT与KDR-siRNA慢病毒载体,观察其对肺癌细胞株 A549的体外靶向抗肿瘤作用,利用重组技术构建TAT-KDR siRNA慢病毒载体并转染人肺癌细胞株 A549。实时荧光定量PCR、Western blot检测KDR基因水平变化;流式细胞仪、MTT 法、集落形成试验检测其对A549细胞株细胞凋亡、细胞增殖和克隆形成的影响;细胞黏附实验评价其肿瘤靶向性。其抗癌作用主要表现为可有效地抑制A549细胞KDR基因表达、细胞增殖和克隆形成,促进细胞凋亡,并具有肿瘤靶向性作用。因而认为,TAT与KDR靶向siRNA慢病毒载体具有显著的肿瘤靶向性和抗肿瘤活性。     

醋酸棉酚诱导人粘液表皮样癌MEC-1细胞DNA双链断裂

本文研究醋酸棉酚(gossypol acetic acid,GAA)对人粘液表皮样癌细胞MEC-1体外增殖的影响,并初步探讨其抑制肿瘤细胞增殖的机制.体外培养人粘液表皮样癌细胞系MEC-1细胞,用MTT法检测GAA对MEC-1细胞增殖的影响;用中性彗星实验检测GAA对MEC-1细胞的DNA双链断裂;用免疫荧光染色法检测...     

模拟微重力条件下 WB-F344细胞的三维培养

与传统的单层平面培养相比,细胞三维培养可更好地模拟生物体内细胞的生长状态和微环境.以Cytodex-3微载体为支持物,利用旋转式细胞培养系统（RCCS）模拟微重力条件,悬浮培养法构建大鼠WB-F344细胞微重力三维培养模型.并通过细胞计数、光学显微镜、透射电镜、逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）和流式细胞术等方法分析了细胞增殖、显微结构、粘附分子及钙粘蛋白（E-cadherin）表达情况.结果表明,模拟微重力三维培养条件下WB-F344细胞增殖块,呈紧密多层排列、可见丰富的微绒毛和线粒体、胞间有桥粒和紧密连接形成,细胞粘着力加强、表现出良好的三维生长特征;与静置三维培养相比,纤粘连蛋白（Fn）mRNA表达呈上调趋势,细胞内E-cadherin表达量增加,这可能是微重力效应下细胞粘附力增强的部分机制.该培养体系可能有利于细胞之间,细胞与胞外基质之间相互作用及其作用机制的研究.     

模拟微重力条件下WB-F344细胞的三维培养

与传统的单层平面培养相比,细胞三维培养可更好地模拟生物体内细胞的生长状态和微环境。以Cytodex-3微载体为支持物,利用旋转式细胞培养系统(RCCS)模拟微重力条件,悬浮培养法构建大鼠WB-F344细胞微重力三维培养模型。并通过细胞计数、光学显微镜、透射电镜、逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)和流式细胞术等方法分析了细胞增殖、显微结构、粘附分子及钙粘蛋白(E-cadherin)表达情况。结果表明,模拟微重力三维培养条件下WB-F344细胞增殖块,呈紧密多层排列、可见丰富的微绒毛和线粒体、胞间有桥粒和紧密连接形成,细胞粘着力加强、表现出良好的三维生长特征;与静置三维培养相比,纤粘连蛋白(Fn)mRNA表达呈上调趋势,细胞内E-cadherin表达量增加,这可能是微重力效应下细胞粘附力增强的部分机制。该培养体系可能有利于细胞之间,细胞与胞外基质之间相互作用及其作用机制的研究。     

用于药物评价的体外心脏组织模型研究进展

候选药物对心脏的毒副作用是其在开发过程中被淘汰的重要原因之一.传统药物评价所采用的动物模型存在种属差异、成本高、效率低等缺陷.因此,近年来随着干细胞和生物打印等技术的快速发展,体外心脏组织模型的构建受到了越来越多地关注.本文追踪体外心脏模型构建的起源与发展,综述模型所利用的心肌细胞来源以及二维、三维模型构建的相关技术与方法,着重阐述心肌组织模型血管化的重要性及研究进展,并对该领域未来的发展方向进行展望,以期为体外心肌组织模型在药物评价方面的研究和应用提供新思路.