研究人員在模仿大腦的微環(huán)境中開發(fā)腦腫瘤的3D組織模型

塔夫茨大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員團(tuán)隊(duì)在模仿大腦的微環(huán)境中開發(fā)了小兒和成人腦癌的三維(3D)人類組織培養(yǎng)模型，這是研究腦腫瘤生物學(xué)和藥理學(xué)反應(yīng)的重要進(jìn)展。這項(xiàng)研究今天發(fā)表在《自然通訊》上。

研究人員創(chuàng)建了包括腦源性細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)在內(nèi)的模型，ECM是蛋白質(zhì)和氨基酸與天然存在于大腦中的結(jié)合糖形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。ECM不僅為周圍的神經(jīng)組織提供支持，而且還有助于指導(dǎo)細(xì)胞的生長(zhǎng)和發(fā)育。ECM組成的改變與腦腫瘤的進(jìn)展有關(guān)，這反過來又改變了腫瘤細(xì)胞中遺傳和蛋白質(zhì)表達(dá)的模式。

較早的研究已經(jīng)注意到腫瘤細(xì)胞與周圍ECM之間的這種重要的雙向相互作用，并觀察到ECM中的蛋白質(zhì)成分可以阻止或允許腫瘤細(xì)胞在腦中進(jìn)一步擴(kuò)散。為了更好地理解腫瘤與ECM之間的動(dòng)態(tài)相互作用，研究作者開發(fā)了3D體外系統(tǒng)，在其中可以檢查不同的ECM成分并確定其對(duì)腫瘤發(fā)展的貢獻(xiàn)以及腫瘤對(duì)藥物治療的反應(yīng)。

該研究集中在兩種常見的腦腫瘤類型上，它們的預(yù)后特別差-室膜膜瘤(發(fā)生在幼兒中)和成人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(在成年人中，診斷后的中位生存期為1-2年)。在一項(xiàng)重要的進(jìn)步中，這項(xiàng)研究中包含ECM的3D矩陣允許直接從患者身上獲取和研究原代腫瘤細(xì)胞的繁殖和研究，并使它們?cè)诟愃朴诖竽X的環(huán)境中生長(zhǎng)。先前的研究在沒有ECM的3D支架或球體上檢查了已建立的腫瘤細(xì)胞系-不一定是感興趣的腫瘤，或者將細(xì)胞以二維(鋪層)展開，從而引發(fā)了在自然環(huán)境中未見的細(xì)胞行為

該平臺(tái)的強(qiáng)大功能在于我們可以調(diào)整ECM的組成，以找出每種成分在腫瘤生長(zhǎng)中的作用，并且可以看到對(duì)直接源自患者的腫瘤細(xì)胞的作用。另一個(gè)重要的特征是，我們可以通過Irene Georgakoudi小組對(duì)該項(xiàng)目的貢獻(xiàn)，利用非侵入性雙光子激發(fā)熒光代謝成像來跟蹤細(xì)胞的3D生長(zhǎng)。換句話說，我們可以使用非侵入性成像來實(shí)時(shí)評(píng)估它們是否可行，正在生長(zhǎng)，或處于壓力和死亡狀態(tài)。

在這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)中，在3D培養(yǎng)中，胎兒ECM含有較高水平的膠原蛋白，HA和某些CSPG，在支持腫瘤生長(zhǎng)方面比成年ECM更好(胎兒和成年ECM均來自豬腦)。研究人員說，該結(jié)果與腦癌傾向于改變ECM的觀念相關(guān)，因此其成分變得更像“胎兒”以支持其生長(zhǎng)。

另一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是成年膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞釋放的脂質(zhì)(脂肪)液滴的出現(xiàn)，這可能有助于降低許多膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的藥物敏感性(可能是通過吸收藥物)。這可能與3D組織模型和患者的不良生存有關(guān)。在進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)之前，尚未在體外觀察到液滴，這表明該模型是研究實(shí)驗(yàn)室中腦腫瘤行為的強(qiáng)大系統(tǒng)。作為神經(jīng)科學(xué)，疾病與工程計(jì)劃(INSciDE)的一部分，作者們共同努力進(jìn)行了工程解決方案的應(yīng)用(在本例中為3D絲綢基矩陣的開發(fā))，以改善大腦的研究。@Tufts )。

“通過該平臺(tái)，我們有潛力更好地了解決定腦腫瘤的侵襲行為的因素，并篩選藥物對(duì)患者衍生細(xì)胞的腫瘤生長(zhǎng)的影響，”卡普蘭實(shí)驗(yàn)室的研究生，該論文的第一作者Disha Sood說。研究。“盡管這是一個(gè)初步的概念，但是能夠維持患者源性腫瘤細(xì)胞的可行培養(yǎng)并通過無創(chuàng)代謝對(duì)其進(jìn)行代謝跟蹤的能力，提示了隨著時(shí)間的推移監(jiān)視細(xì)胞行為和藥物敏感性的可能性，從而為治療決策提供依據(jù)。

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