肾脏微环境中生物打印神经母细胞瘤癌症模型

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。

思维导图

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：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

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. 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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