生物3D打印的腎微環境神經母細胞瘤模型應用

瀏覽次數：26　發布日期：2025-7-18　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

本文介紹了一種生物打印的3D 神經母細胞瘤模型，該模型以人源腎臟微環境（含人胚胎腎 293 細胞和原代人腎成纖維細胞）為背景，核心為攜帶 MYCN 和 ALK 基因擴增的 IMR-32 神經母細胞瘤細胞。通過測試panobinostat（組蛋白去乙酰化酶抑制劑）和blasticidin（肽基核苷抗生素）發現，panobinostat 在治療有效濃度范圍內可選擇性誘導癌細胞凋亡而不影響腎細胞，而 blasticidin 對兩種細胞均有殺傷作用；且2D 與 3D 培養的敏感性差異具有細胞類型特異性，使 3D 模型的治療窗口更寬。該模型可高效測試抗癌藥物的細胞毒性和腫瘤選擇性，其開放式支架設計支持細胞類型替換，具有重要的藥物測試價值。

思維導圖

研究背景

神經母細胞瘤：兒童最常見的顱外實體瘤，高風險患者因化療耐藥復發和誘導治療抵抗，早期死亡率高，腎轉移雖罕見但治療困難（如雙側轉移無法手術或放療）。
現有模型局限：動物模型中人類癌細胞處于異種微環境，臨床轉化效率低（腫瘤藥物臨床試驗失敗率達 97%）；2D 培養無法模擬腫瘤 3D 結構及與微環境的互作。
生物打印技術：通過層層疊加細胞負載水凝膠構建高分辨率 3D 模型，可模擬腫瘤微環境（TME），為藥物測試提供更接近人體的平臺。

1. 3D 模型構建

生物墨水組成：6.67% 明膠 + 4.5% 海藻酸鈉，混合 CaSO₄（30mM）和細胞懸液（5×10⁶ cells/mL），打印后經 CaCl₂交聯固定結構。
細胞類型：
- 腫瘤核心：IMR-32 神經母細胞瘤細胞（攜帶 MYCN 和 ALK 基因擴增）；
- 腎臟微環境：人胚胎腎 293 細胞（HEK293）及原代人腎成纖維細胞。
結構設計：
- 單細胞模型：8mm 網格結構；
- 腫瘤 - 微環境模型：3mm 直徑核心（癌細胞）+6mm 直徑外圍（腎細胞）的同心圓盤（高 0.4mm），由商用 Bio X 生物打印機（22G 噴嘴）制作，可重復生產 48 個 / 批。

2. 藥物測試結果
2.1 單細胞 3D 培養的藥物敏感性

panobinostat 測試：

IMR-32 對其高度敏感，72h IC50 為 2.1±0.5nM（低納摩爾級）；
HEK293 抗性顯著，72h IC50 為 107.0±40.1nM（百納摩爾級），10nM 濃度即可殺死幾乎所有 IMR-32，但對 HEK293 無顯著影響。
blasticidin 測試：對兩種細胞無選擇性，72h IC50 分別為 15.1±6.5μM（HEK293）和 12.4±8.0μM（IMR-32），差異無統計學意義。

2.2 2D 與 3D 培養的敏感性差異（關鍵數據見表 1）

關鍵發現：3D 模型中腎細胞對 panobinostat 的抗性更強，使癌細胞與腎細胞的敏感性差異從 2D 的 1 個數量級擴大到 3D 的 2 個數量級，治療窗口更寬。

3. 共培養模型的藥物選擇性驗證

panobinostat：僅核心 IMR-32 細胞在 10nM 濃度下大量死亡（紅色熒光），外圍 HEK293 / 原代成纖維細胞存活（綠色熒光），僅 1000nM 時腎細胞才受影響。
凋亡機制：通過 caspase-3 cleavage 檢測，panobinostat 主要誘導 IMR-32 凋亡，HEK293 凋亡信號極弱。

3.1原代腎成纖維細胞的驗證