美國(guó)大學(xué)教授利用3D打印技術(shù)推進(jìn)癌癥研究

來(lái)源：中關(guān)村在線

美國(guó)弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)（VCU）人文與科學(xué)學(xué)院的一名助理教授利用3D打印技術(shù)制造出了腫瘤細(xì)胞的活體模型,，這可能使癌癥研究人員能夠更好地了解疾病的進(jìn)展,。

VCU的博士,、助理教授Daeha Joung發(fā)明了構(gòu)建腫瘤構(gòu)造的新穎方法,。這種新技術(shù)可以精確地放置和控制活細(xì)胞,，更有效地模仿癌癥傳播的關(guān)鍵步驟,。這種方法可以讓VCU的Massey癌癥中心的研究人員最大限度地研究癌細(xì)胞的生長(zhǎng),，并評(píng)估抗癌免疫毒素的效果。

助理教授Joung表示,，這種新穎的技術(shù)可以用于癌癥藥物的試驗(yàn),。圖片來(lái)源：VCU

從2D打印技術(shù)在癌癥研究中的發(fā)展
來(lái)自德國(guó)歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員在2018年12月的研究中發(fā)現(xiàn)，2D結(jié)構(gòu)難以準(zhǔn)確復(fù)制原生腫瘤微環(huán)境的特征,。研究發(fā)現(xiàn),，3D細(xì)胞培養(yǎng)物可以建立細(xì)胞間的相互作用，可以更好地模仿真實(shí)組織的特異性,，這樣做的速度更快,，表現(xiàn)出更復(fù)雜的行為。

然而,，Joung認(rèn)為,，由于腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)受各種化學(xué)信號(hào)的調(diào)節(jié)，腫瘤的轉(zhuǎn)移性仍然是目前模型的主要預(yù)后和治療挑戰(zhàn)。因此,，需要一個(gè)更精確的模型,，將腫瘤微環(huán)境中的這些元素納入其中，并能夠研究發(fā)生在身體遠(yuǎn)處的多層次相互作用,。"已經(jīng)開發(fā)了許多策略來(lái)克服這些障礙,，但并不完全成功，"Joung解釋道,。"我可以利用物理學(xué),、納米技術(shù)和工程來(lái)克服這些障礙，并提供了一個(gè)獨(dú)特的見解,，可能為癌癥的新治療方案打開了大門,。"

Joung的方法通過使用3D生物打印和受折紙啟發(fā)的自折疊技術(shù)來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的多材料、多尺度和多功能的3D結(jié)構(gòu),，解決了這些限制,。這使得活體細(xì)胞和支持性基質(zhì)的眾多組合可以在精確的空間控制下整合，從而實(shí)現(xiàn)了具有良好的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景的組織工程化,。

3D打印的微膠囊如何工作的可視化演示 圖片來(lái)自VCU

制造3D打印的細(xì)胞控制膠囊
3D打印的刺激反應(yīng)膠囊使Joung能夠控制這些結(jié)構(gòu)中的細(xì)胞,。含有一個(gè)水核，以及功能分子因子和質(zhì)子金納米棒（AuNRs）的有效載荷,，這些微觀的膠囊允許在3D基質(zhì)中觸發(fā)釋放化學(xué)線索,。一旦使用激光輻射激活，Joung能夠在局部水平上操縱細(xì)胞行為,。當(dāng)這一點(diǎn)與3D細(xì)胞打印結(jié)合在一起時(shí),，它允許創(chuàng)建復(fù)雜的腫瘤構(gòu)建體，這些構(gòu)建體使用多路化學(xué)信號(hào)進(jìn)行控制,。

為了展示膠囊的空間控制,，Joung打印了一個(gè)包含不同體積的核心陣列，通過部署UV激光可以精確地觸發(fā)這些核心,。利用3D打印技術(shù),，Joung能夠在相同的條件下平行測(cè)試五組遷移樣品。這種方法還允許他在必要時(shí)添加材料,，并對(duì)所生產(chǎn)的細(xì)胞進(jìn)行定制,，以顯示不同的行為。

作為該技術(shù)的成果,，Massey的科學(xué)家們將能夠向Joung提供癌癥組織樣本,，然后規(guī)定他們需要制造的特定設(shè)計(jì)或腫瘤結(jié)構(gòu)。然后,，利用機(jī)器人機(jī)構(gòu)和定制的3D打印技術(shù),，Joung將調(diào)整被復(fù)制和打印的細(xì)胞類型的數(shù)量和具體配置,。

而這又可以使未來(lái)的研究人員能夠篩選出新型的抗癌藥物，并測(cè)試針對(duì)患者的診斷和治療策略,。"從工程的角度來(lái)看,，癌癥是癌癥，所以我的實(shí)驗(yàn)室可以制造出許多不同類型的腫瘤組織仿制物,。"Joung說(shuō),。"如果有人對(duì)肺癌感興趣，我們可以打印出肺癌細(xì)胞,。如果有人對(duì)乳腺癌細(xì)胞感興趣,，我們也可以打印出那些細(xì)胞，"他補(bǔ)充說(shuō),。

Joung的野心是設(shè)計(jì)出先進(jìn)的3D系統(tǒng)的綜合平臺(tái),，應(yīng)用于癌癥神經(jīng)再生模型，為測(cè)試治療疾病的治療方案開辟了新的機(jī)會(huì),。

利用Jiang的方法,，梅西中心的研究人員可以測(cè)試治療癌癥的治療方案,。圖片來(lái)源：VCU的梅西中心

3D打印的抗癌方法
來(lái)自其他學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的科學(xué)家和研究人員也利用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了活體3D細(xì)胞模型,，目的是為了更好地了解和治療癌性腫瘤。2020年4月,，來(lái)自美國(guó)和德國(guó)的研究人員提出了一種研究膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）的新方法,，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是一種侵襲性的腦癌類型。他們使用了一系列以灌注血管通道為特征的人類腦細(xì)胞和生物材料,，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期培養(yǎng)和給藥,。三維成像技術(shù)被總結(jié)用于組織構(gòu)建物的無(wú)創(chuàng)評(píng)估。

新西蘭懷卡托大學(xué)的一名碩士生在2018年8月宣布,，她計(jì)劃在設(shè)計(jì)出3D打印的塑料腫瘤模型后,，利用真實(shí)細(xì)胞生長(zhǎng)和測(cè)試癌癥腫瘤。這些生物打印的模型的基礎(chǔ)是一系列類似于乳腺癌腫瘤的手掌大小的網(wǎng)狀半球,。

來(lái)自比利時(shí)Katholieke大學(xué)魯汶分校和印度海得拉巴德理工學(xué)院的研究人員在2017年6月發(fā)布了研究報(bào)告,，調(diào)查了3D打印如何用于癌癥研究。雖然這兩篇論文都強(qiáng)調(diào)了利用3D打印創(chuàng)造微環(huán)境的潛力,，但印度研究人員提出了能夠精確放置細(xì)胞并在體內(nèi)復(fù)制腫瘤微環(huán)境的可能性,。

研究人員的研究結(jié)果詳見于他們題為 "3D生物打印的體外轉(zhuǎn)移模型通過重建腫瘤微環(huán)境 "的論文，該論文發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上,，由Fanben Meng,、Carolyn M. Meyer、Daeha Joung,、Daniel A. Vallera,、Michael C. McAlpine和Angela Panoskaltsis-Mortari共同撰寫,。