告別Matrigel，GelMA生物墨水用于腸腫瘤類器官構建及藥物評價
時間：2024-07-04 09:22 來源：EFL生物3D打印與生物制造 作者：admin 閱讀：次
抗腫瘤藥物評價對于藥物研發和臨床指導至關重要。腫瘤類器官模型由于能夠更好地模擬真實腫瘤組織，并且時間和經濟成本較低，彌補了細胞系和異種移植模型的不足，越來越受到關注。然而，目前基于Matrigel的腫瘤類器官培養由于凝膠化速度慢、機械強度低，在與高通量工程方法的匹配方面存在局限性。
近日，中山大學劉杰教授等利用豬脂肪組織脫細胞外基質（adECM）和GelMA開發了一種新型的結直腸癌類器官培養復合生物墨水。該復合生物墨水在腸腫瘤類器官的有效培養和3D生物打印方面均表現出優異的性能，為促進腫瘤類器官在藥物開發和臨床指導中的應用提供了良好示范。相關工作以題為“3D bioprinting platform development for highthroughput cancer organoid models construction and drug evaluation”發表于《Biofabrication》上。
考慮到GelMA具有快速穩定的光交聯性能，加上源自明膠的良好生物相容性，作者采用丙烯酸化的方法，以甲基丙烯酸酐對明膠進行改性，成功制備了GelMA。脫細胞細胞外基質(dECM)是從特定動物組織中去除細胞后得到的凝膠材料。這種獨特的材料可以最大限度地恢復各種組織成分及其比例，為細胞提供高度模擬的體外生長環境，提高體外病理模型的真實性和可靠性，本文作者在之前工作基礎上制備了來自豬脂肪組織的 dECM 材料。經過一系列前期驗證，優化了兩種組分以1：1的比例混合，以獲得易于應用的復合生物墨水。制備的GelMA/adECM復合生物墨水主要依靠GelMA帶來的光交聯特性進行凝膠化，并借助adECM的熱敏特性進行凝膠化，使其凝膠化速度和凝膠強度遠遠優于依靠熱敏特性進行凝膠化的傳統Matrigel。
通過對各種打印參數的綜合測試，驗證了復合生物墨水的打印性，從而確定了后續打印的最佳參數組合。實驗結果表明，3D生物打印可以在96孔多孔板的每個孔中精確地打印出體積相同的水凝膠球，并且通過選擇不同的生物墨水進行打印，可以精確地得到預期的打印圖案，有利于后期選擇多種材料或細胞構建復雜體系。
對于需要用于藥物評價篩選的腫瘤類器官，通常在打印后3~5天內完成藥敏實驗。在5天的培養期內，打印后的復合生物墨水中活細胞的比例（96.90%）僅略低于Matrigel中的活細胞比例（99.26%），從而表明復合生物墨水足以滿足藥物評價實驗中類器官培養的要求。
奧沙利鉑（OX）作為目前治療結直腸癌的一線藥物之一，通過與DNA和RNA形成交聯發揮抗腫瘤作用。選擇OX作為模型藥物，分析復合生物墨水構建的模型與傳統模型患者來源的結直腸癌類器官藥物敏感性的差異，以及該模型與基于細胞系的2D培養模型的差異。結果表明，在相同的藥物濃度和作用時間下，兩種類器官模型的細胞存活率均明顯高于2D培養模型（Matrigel中為65.80%，復合生物墨水中為74.35%），這一非常顯著的差異在過去已被廣泛報道，表明腫瘤類器官在藥物評估的真實性方面遠遠優于傳統的2D模型。
文章來源：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ad51a6
近日，中山大學劉杰教授等利用豬脂肪組織脫細胞外基質（adECM）和GelMA開發了一種新型的結直腸癌類器官培養復合生物墨水。該復合生物墨水在腸腫瘤類器官的有效培養和3D生物打印方面均表現出優異的性能，為促進腫瘤類器官在藥物開發和臨床指導中的應用提供了良好示范。相關工作以題為“3D bioprinting platform development for highthroughput cancer organoid models construction and drug evaluation”發表于《Biofabrication》上。
圖1 利用生物3D打印技術從患者來源的腫瘤樣本中提取類器官，構建高通量類器官藥物篩選平臺示意圖
考慮到GelMA具有快速穩定的光交聯性能，加上源自明膠的良好生物相容性，作者采用丙烯酸化的方法，以甲基丙烯酸酐對明膠進行改性，成功制備了GelMA。脫細胞細胞外基質(dECM)是從特定動物組織中去除細胞后得到的凝膠材料。這種獨特的材料可以最大限度地恢復各種組織成分及其比例，為細胞提供高度模擬的體外生長環境，提高體外病理模型的真實性和可靠性，本文作者在之前工作基礎上制備了來自豬脂肪組織的 dECM 材料。經過一系列前期驗證，優化了兩種組分以1：1的比例混合，以獲得易于應用的復合生物墨水。制備的GelMA/adECM復合生物墨水主要依靠GelMA帶來的光交聯特性進行凝膠化，并借助adECM的熱敏特性進行凝膠化，使其凝膠化速度和凝膠強度遠遠優于依靠熱敏特性進行凝膠化的傳統Matrigel。
圖2 復合生物墨水的熱敏性能及光交聯性能
通過對各種打印參數的綜合測試，驗證了復合生物墨水的打印性，從而確定了后續打印的最佳參數組合。實驗結果表明，3D生物打印可以在96孔多孔板的每個孔中精確地打印出體積相同的水凝膠球，并且通過選擇不同的生物墨水進行打印，可以精確地得到預期的打印圖案，有利于后期選擇多種材料或細胞構建復雜體系。
圖3 使用復合生物墨水進行3D生物打印
對于需要用于藥物評價篩選的腫瘤類器官，通常在打印后3~5天內完成藥敏實驗。在5天的培養期內，打印后的復合生物墨水中活細胞的比例（96.90%）僅略低于Matrigel中的活細胞比例（99.26%），從而表明復合生物墨水足以滿足藥物評價實驗中類器官培養的要求。
圖4 在復合生物墨水中生物打印和培養的結直腸癌類器官死活狀態
奧沙利鉑（OX）作為目前治療結直腸癌的一線藥物之一，通過與DNA和RNA形成交聯發揮抗腫瘤作用。選擇OX作為模型藥物，分析復合生物墨水構建的模型與傳統模型患者來源的結直腸癌類器官藥物敏感性的差異，以及該模型與基于細胞系的2D培養模型的差異。結果表明，在相同的藥物濃度和作用時間下，兩種類器官模型的細胞存活率均明顯高于2D培養模型（Matrigel中為65.80%，復合生物墨水中為74.35%），這一非常顯著的差異在過去已被廣泛報道，表明腫瘤類器官在藥物評估的真實性方面遠遠優于傳統的2D模型。
圖5 藥物敏感性測試
文章來源：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ad51a6
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