脑肿瘤组织模型在脑模拟微环境中生长

插图显示甜甜圈形3D丝绸支架（表示为背景中的示意图），其被胎儿猪脑细胞外基质和胶质母细胞瘤细胞接种。1.5个月后，观察到肿瘤细胞的球形生长（〜1mm暗点 - 箭头表示）。

塔夫茨大学领导的研究人员在脑模拟的微环境中开发了三维（3D）人类组织培养模型，在脑模拟的微环境中，对脑肿瘤生物学和药理反应的研究进行了重大进展。该研究于2019年10月4日出版，本质上是自然通信。

研究人员创造了包括脑衍生的细胞外基质（ECM）的模型 - 蛋白质和氨基酸的复杂网络，其中含有结合的糖在大脑中发现。ECM不仅为周围的神经组织提供支持，而且还有助于引导细胞生长和发育。ECM组合物中的改变已经与脑肿瘤进展有关，这反过来改变了肿瘤细胞中的遗传和蛋白质表达的模式。

早期的研究已经注意到肿瘤细胞和周围ECM之间的这种重要的双向相互作用，并且观察到ECM中的蛋白质组合物可以预防或允许进一步扩散肿瘤细胞在脑中。为了更好地了解肿瘤与ECM之间的动态相互作用，研究作者在其开发了一种3D体外系统，它们可以检查不同的ECM组分并定义其对肿瘤发育的贡献，以及对药物治疗的肿瘤反应。

该研究侧重于两种常见类型的脑肿瘤，既具有特别惨淡的预期 - 外膜瘤发生在幼儿，成人的胶质母细胞瘤，导致诊断后1-2岁的中位存活率。在重要的提前，本研究中含ECM的3D基质已经允许对直接从患者进行的原发性肿瘤细胞的传播和研究，并在更类似于大脑的环境中生长它们。先前的研究检查了建立的肿瘤细胞系 - 不一定是感兴趣的肿瘤 - 在没有ECM的3D支架或球状体上，或者在两个维度（电镀）中涂出细胞，在其自然环境中没有看到的诱因细胞行为

“这个平台的力量是，我们可以调整ECM的组成，以了解肿瘤生长中每种组分的作用，我们可以看到直接来自患者的肿瘤细胞的影响，”斯特恩家族说塔夫茨·工程学院生物医学工程系董事长工程教授，座克勒研究生生物医学科学学院。“另一个重要特征是，我们可以通过Irene Georgakoudi团队在项目上的贡献跟踪具有非侵入性双光子激发荧光代谢成像的细胞的3D生长。换句话说，我们可以使用非侵入性成像来评估它们是否是可行性和生长，或实时强调和染色。“

在该研究中揭示的研究结果是胎儿ECM含有较高水平的胶原蛋白，HA和某些CSPGs，比在3D培养物中支持肿瘤生长，比成年ECM（胎儿和成年ECM都来自猪大脑）。据研究人员称，这导致脑癌脑癌倾向于改变ECM的观点相关联而代的是，其组合物变得更加“胎儿样”。

另一个关键发现是成人胶质母细胞瘤细胞释放的脂质（脂肪）液滴的外观，这可能有助于降低许多胶质母细胞瘤细胞的吸毒敏感性（可能是通过吸收药物）。这可能与3D组织模型和患者中的存活率差。在这些实验之前在体外观察到液滴，表明该模型是研究实验室中脑肿瘤的行为的鲁棒系统。工程解决方案的应用（在这种情况下，3D丝绸基矩阵的发展）改善大脑的研究是作者采取的合作努力，作为神经科学，疾病和工程倡议的一部分（[电子邮件受保护]）。

“通过这个平台，我们有可能更好地了解脑肿瘤和筛选药物对患者衍生细胞的肿瘤生长影响的侵袭性，”Kaplan实验室和第一个作者的研究生学习。“虽然它是一种初步观念，但能够维持患者衍生的肿瘤细胞的可行培养并非侵入地跟踪它们的能力，表明可能会监测细胞的行为和药物敏感性随着时间的推移，以告知治疗决策。”

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其他作者为该研究做出贡献的是Dmitra Pouli，Craig Mizzoni和Nicole Raia，在塔夫茨大学工程学院的生物医学工程系的研究生; Lauren D. Black III，副教授和伊里·乔治·德尼，塔夫茨工程学院生物医学工程教授; Albert Tai和Knarik Arkun，助理教授和朱利安吴，塔夫茨医学中心神经外科的助理椅，以及塔夫茨大学医学院教授;塔夫茨大学老龄化的Jean Mayer USDA人类营养研究中心的高级科学家Dennis Steindler; Bjorn Scheffler，德国癌症财团（DKTK）教授;康涅狄格州杰克逊实验室的Min Tang-Schomer。

这项工作是由美国国家卫生研究院资助的（NIH）P41组织工程资源中心赠款＃EB002520，NIH R01 Grant＃NS092847，以及NIH研究基础设施赠款＃S10 OD021624 766，国家科学基金会主要研究仪表授予＃1531683 ，美国农业部的农业研究服务部。内容仅由作者承担，并不一定代表美国国立卫生研究院的正式观点。

参考：“3D细胞外基质微环境在原发性小儿和成人脑肿瘤的生物工程组织模型中”由Disha Sood，Min Tang-Schomer，Dimitra Pouli，Craig Mizzoni，Nicole Raia，Albert Tai，Knarik Arkun，Julian Wu，Lauren D. Black III， Bjorn Scheffler，Irene Georgakoudi，Dennis A. Steindler和David L. Kaplan，2019年10月4日，Nature Communications.Doi：
10.1038 / S41467-019-12420-1