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肾脏微环境中生物打印神经母细胞瘤癌症模型的方式介绍及问题解答_abio生物试剂品牌网

abiopp2个月前 (06-27)技术9

研究人员利用生物打印技术，构建了由 IMR-32 神经母细胞瘤细胞（含 MYCN 和 ALK 基因扩增）与人胚肾 293 细胞及原代人肾成纤维细胞组成的肾脏微环境 3D 模型，该模型通过商用生物打印机的双气动挤压打印头制作。实验中，泛巴诺司他（一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂）在有效浓度范围内可选择性诱导癌细胞凋亡，且不影响肾脏细胞，而杀稻瘟菌素对两种细胞均有细胞毒性。此外，2D 和 3D 培养的细胞敏感性存在细胞类型特异性差异，3D 模型的治疗窗口更宽，证明了人类 3D 模型在抗癌药物研究中的价值，此模型可用于测试新抗癌药物的细胞毒性和肿瘤选择性，其开放支架设计还能自由更换肿瘤和微环境细胞类型。

一、研究背景与目的

背景：当前抗癌药物研发受限于动物模型中人类癌细胞处于异种环境，神经母细胞瘤作为儿童最常见颅外实体瘤，存在化疗耐药和高危患者早期死亡等问题，且肾转移治疗进展有限。
目的：构建全人源肾脏微环境中的神经母细胞瘤 3D 生物打印模型，用于高效测试抗癌药物的细胞毒性和肿瘤选择性。

二、模型构建与方法

细胞类型
- 癌细胞：IMR-32（含 MYCN 和 ALK 基因扩增的神经母细胞瘤细胞）。
- 肾脏微环境细胞：人胚肾 293 细胞、HEK293-GFP 细胞、原代人肾成纤维细胞。
生物墨水：6.67% 明胶 + 4.5% 海藻酸钠，与细胞悬液混合后含 3% 明胶、2% 海藻酸钠、30 mM CaSO₄，细胞浓度 5×10⁶ cells/mL。
打印技术：使用 Bio X Cellink 生物打印机，双气动挤压打印头，构建核心（直径 3 mm）为癌细胞、外层（直径 6 mm）为肾脏细胞的环形结构，打印后用 100 mM CaCl₂交联 10 分钟。

三、药物测试结果

泛巴诺司他（HDAC 抑制剂）
- 3D 模型：IMR-32 细胞 IC50 在 24-72 小时为 2.1-7.5 nM，HEK293 细胞为 107-509 nM，原代肾成纤维细胞 72 小时 IC50 为 158.9 nM，癌细胞敏感性比肾脏细胞高约 2 个数量级，10 nM 即可诱导癌细胞凋亡，肾脏细胞仅在 1000 nM 时少量死亡。
- 2D 培养：IMR-32 细胞 IC50 为 2.5-4.9 nM，HEK293 细胞为 38.5-40.5 nM，敏感性差异约 1 个数量级。
杀稻瘟菌素（抗生素）
- 3D 与 2D：对 IMR-32 和 HEK293 细胞 IC50 值相近，无显著细胞类型差异，3D 中 72 小时 IC50 分别为 12.4 μM 和 15.1 μM，2D 中为 3.9 μM 和 5.0 μM。

四、模型优势与意义

与 2D 对比：3D 模型中药物治疗窗口更宽，能更准确反映细胞在生理微环境中的反应。
生理相关性：使用原代肾成纤维细胞替代 HEK293 细胞，增强了模型的病理生理相关性。
应用价值：可区分癌症特异性药物（如泛巴诺司他）和非特异性细胞毒性药物（如杀稻瘟菌素），支持个性化治疗和新药物开发，遵循 “3R” 原则减少动物实验。

五、关键数据表格

关键问题
1. 生物打印的神经母细胞瘤 3D 模型相比传统 2D 培养有何优势？
答案：3D 模型中细胞对药物的敏感性存在细胞类型特异性差异，治疗窗口更宽。例如，泛巴诺司他在 3D 模型中对 IMR-32 细胞的 IC50 值比 HEK293 细胞低约两个数量级，而 2D 中仅低约一个数量级，3D 模型更能模拟体内肿瘤微环境，准确反映药物在生理环境中的效果。
2. 泛巴诺司他和杀稻瘟菌素在模型中的作用有何不同？
答案：泛巴诺司他是组蛋白去乙酰化酶抑制剂，可选择性诱导 IMR-32 细胞凋亡，在 10-100 nM 浓度下杀死癌细胞，且不影响肾脏细胞；杀稻瘟菌素是肽基核苷抗生素，对 IMR-32 和肾脏细胞均有细胞毒性，无选择性，3D 和 2D 培养中两者 IC50 值相近。
3. 该模型在抗癌药物研发中的潜在应用有哪些？
答案：可用于测试新抗癌药物的细胞毒性和肿瘤选择性，如筛选对癌细胞特异性杀伤而不损伤正常细胞的药物；能通过更换肿瘤和微环境细胞类型，适应不同癌症研究；还可结合患者来源的肿瘤细胞，开发个性化治疗策略，减少动物实验使用。
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