Sci Adv丨声学虚拟三维支架构建肿瘤类器官

学术 2024-12-09 14:30 四川

三维（3D）细胞培养极大地促进了生命科学和组织工程领域的发展。肿瘤类器官是一种肿瘤细胞自组织形成的3D培养物，由于其保留了原始肿瘤组织的形态、遗传和功能特征，被认为是极具前景的临床前模型。为了更准确地模拟肿瘤微环境，研究人员开发了类器官和其他细胞成分（如免疫细胞）的共培养系统，从而有助于更加准确地对化疗、靶向治疗和免疫治疗进行临床前测试。值得注意的是，类器官免疫共培养系统中的T细胞激活在研究肿瘤微环境中的免疫反应中起着关键作用。然而，传统的类器官培养方法，包括Matrigel、液滴和微腔室，虽然提供了三维培养环境，但限制了肿瘤细胞与共培养细胞的直接相互作用，阻碍了共培养系统中的T细胞激活效率。值得注意的是，细胞对机械刺激的反应是细胞命运决定的关键因素。例如，基质材料的硬度通过机械敏感的转录调节因子影响3D类器官培养中的细胞增殖和分化。超声波（US）是一种机械波，能够非接触地操控细胞并施加力学刺激，这也使得，超声技术有望替代传统的3D生物支架材料，促进肿瘤类器官的形成。

近日，中南大学和西安电子科技大学团队合作在Science Advances上发表了文章：Acoustic virtual 3D scaffold for direct-interacting tumororganoid–immune cell coculture systems。在这篇文章中，研究人员通过声学虚拟3D支架（AV-Scaf）技术实现了肿瘤类器官的无基质胶培养，并进一步构建了肿瘤类器官-T细胞共培养系统。AV-Scaf技术利用特制的涡流声场，可以在不直接接触细胞的情况下，通过声学辐射力和流体动力学效应在焦平面形成细胞簇并对肿瘤细胞进行力学刺激，从而有效提高钙离子的流入，加速细胞间的相互作用，促进肿瘤细胞的自组织。该文章为实现无基质胶的肿瘤类器官培养以及构建高效的肿瘤类器官免疫共培养系统提供了全新的思路和方法。

图1A提供了AV-Scaf技术的相关描述。AV-Scaf通过超声换能器和透镜产生聚焦声涡旋，实现肿瘤细胞在焦平面内的聚集。设计的涡旋聚焦声场将肿瘤细胞聚集成适当大小的细胞簇，同时施加非接触的机械力刺激，促进了细胞间的交互，并诱导它们进一步自组织形成类器官。在RNA测序（RNA-seq）分析中，超声波刺激可以显著增强钙离子的流入，从而加速基于细胞聚集的细胞间相互作用过程。

研究人员展示了基于AV-Scaf方法建立肿瘤类器官-T细胞共培养系统的过程。与使用Matrigel相比，使用AV-Scaf方法时观察到T细胞激活的显著增强。这些发现表明，AV-Scaf方法可能为类器官共培养系统中的T细胞激活提供一个更有效的微环境。AV-Scaf方法产生的肿瘤类器官有助于肿瘤细胞与T细胞之间的直接接触，从而增强T细胞激活，这对于免疫共培养药物测试至关重要。为了验证共培养系统的有效性，研究人员建立了两种T细胞与肿瘤细胞比例的共培养模型，并探索了不同T细胞比例对肿瘤类器官的细胞杀伤作用。结果表明，随着时间的推移，类器官活力和体积逐渐下降，并且在更高的T细胞比例下更为明显。

在这篇文章中，研究人员开发的AV-Scaf技术为肿瘤生物学和免疫治疗提供了一个高效的研究模型，特别是在评估T细胞介导的肿瘤杀伤效应和免疫治疗策略的开发中显示出巨大的潜力。AV-Scaf得到的直接相互作用的肿瘤类器官免疫共培养系统，不仅能更真实地模拟肿瘤微环境，还为高通量筛选和个性化医疗的应用开辟了新的可能。未来，该技术有望被应用于更广泛的肿瘤类器官类型和共培养类型的研究中，进一步推动个体化癌症治疗的发展。

陈翔教授、陈泽宇教授、费春龙教授、李照希教授为该论文的共同通讯作者，单晗博士、陈迈科博士、赵爽教授为该论文的并列第一作者。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr4831

制版人：十一

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