湖南大学谭志凯团队: 构建具有仿生免疫微环境的3D肿瘤体外模型

学术   2025-02-01 11:05   北京  

研究背景

肿瘤严重威胁着人们的生命和健康,复杂的肿瘤微环境是其治疗的最大障碍,而肿瘤模型在癌症研究和治疗开发中扮演着至关重要的角色。肿瘤模型可以模拟人体内的肿瘤环境,并能够展示肿瘤的异质性,这对于理解肿瘤的生长、扩散和转移机制以及开发针对特定肿瘤类型的治疗方法非常重要。
目前常见的肿瘤体外模型分为 2D 和 3D 培养模型,2D 培养模型缺乏细胞与细胞外基质之间的交互,在长期培养中,肿瘤细胞的特异性随着遗传和转录进化而逐渐丧失。而 3D 培养模型可以营造更贴近实际肿瘤的微环境,并且免疫抑制微环境的形成导致了肿瘤的恶性增殖以及耐药性的增加。独特的免疫抑制微环境能增加耐受性骨髓细胞、诱导耐受性 DC 细胞、调节免疫抑制 TAM 细胞等。
因此,建立具有免疫微环境的 3D 肿瘤体外模型对研究肿瘤疾病非常关键。此外,现阶段 FDA 不再要求在药物临床试验前进行动物试验,这也在政策和市场需求端推动了肿瘤体外模型研究的发展。

文章介绍

近日,湖南大学谭志凯教授刘骁副研究员带领研究团队采用三维脱细胞外基质天然材料为支架,结合肿瘤细胞、肿瘤相关基质细胞和免疫细胞的共培养方式,建立了具有免疫微环境的 3D 肿瘤体外模型。

  • Fig 1. 肿瘤 3D 支架的制备、鉴定和表征。(A) 制备示意图,(B) 光学图片,(C) 扫描电镜(SEM)图像。(D)、(E)、(F) 为肝组织和脱细胞支架的 DAPI 染色、H&E 染色以及 Masson 染色结果。(D-F)Nat:天然肝组织,Dec:脱细胞肝组织 (G) 弹性纤维定量。(H) 胶原蛋白定量。(I) DNA 含量分析。(G-I)N:天然肝组织,D:脱细胞肝组织。

首先,通过人肝肿瘤组织的信息筛查与二次接种优化建模方式,使得构建的肿瘤组织具有良好的生理功能。对肿瘤相关基质细胞活化评估通过检查激活前后成纤维细胞标记物(α-SMA 免疫荧光染色)、多种 CAFs 标记物的基因表达、激活前后内皮细胞特异性蛋白(CD144 免疫荧光染色)、TECs 标记物的基因表达以及激活前后的细胞骨架染色,证明了所构建的体外模型具备良好的生理功能性。
  • Fig 2. 肿瘤相关基质细胞活化评估。(A)激活前后成纤维细胞的 α-SMA 免疫荧光染色,(B)多种 CAFs 标记物的基因表达,(C)激活前后内皮细胞特异性蛋白 CD144 免疫荧光染色,(D)激活前后的细胞骨架染色,(E)TECs 标记物的基因表达。比例尺 = 200 μm。

进而通过代谢能力表征和裸鼠体内成瘤性检测结果证实了所建立的具有免疫微环境的 3D 肿瘤体外组织不仅在代谢方面与体内有高度的相似性,而且体外耐药性测试结果表明其具有良好的抗药性能力,能为体外建立化疗药物筛选的有效模型提供新选择。

  • Figure 3. 具有免疫微环境的 3D 肿瘤组织的代谢功能检测。不同培养时间下肿瘤培养液中葡萄糖 (A) 和乳酸 (B) 浓度,微组织培养 1、3、5、7 d。(C) 碘化丙啶(PI)染色流式细胞术检测细胞活性,(D) 检测二维和三维培养环境对免疫细胞活性的影响,检测免疫细胞对体外模型的影响 (E)。

  • Figure 4. 3D 肿瘤组织的致瘤性和耐药性检测。(A) 小鼠皮下肿瘤种植模型,(B) 各组裸鼠皮下成瘤图像,(C) 各时间点肿瘤体积变化,(D) 不同组小鼠体重变化,(E) 化疗药物 DOX 和 5-FU 治疗后细胞活力的变化,(F) 化疗药物 DOX 和 5-FU 对细胞凋亡的流式细胞术分析结果。

该成果以 “Construction of 3D tumor in vitro models with an immune microenvironment exhibiting similar tumor properties and biomimetic physiological functionality” (《构建具有类肿瘤组织免疫微环境特性和仿生生理功能的三维肿瘤体外模型》) 为题,发表在英国皇家化学会期刊 Biomaterials Science 上。

论文信息

  • Construction of 3D tumor in vitro models with immune microenvironment exhibited similar tumor properties and biomimetic physiological functionality
    Yuhong Jiang#; Lijuan Jin#; Wenyu Liu; Hui Liu; Xiao Liu*刘骁,湖南大学) ;Zhikai Tan*谭志凯,湖南大学)

    Biomater. Sci., 2025,13, 223-235
    https://doi.org
    /10.1039/D4BM00754A

作者简介

刘骁 副研究员

湖南大学

本文通讯作者,副研究员,湖南大学粤港澳大湾区创新研究院生物智能制造研发中心全职副研究员,2019 年博士毕业于华南理工大学,2020-2023 入站中山大学附属第一医院,主要研究方向为生物材料与再生医学,包括 3D 打印、无机功能材料、功能化复合材料研发以及材料生物学效应研究等,主持国家自然青年科学基金等省部级以上项目三项,以一作与通讯作者十余篇,以项目负责人的身份获得全国博士后创新创业大赛铜奖,并获得中华人民共和国人社部颁发的“全国创新创业优秀博士后”。






谭志凯 教授

湖南大学

本文通讯作者,教授,湖南大学生物学院教授、博士生导师,生物医学研究与测试平台主任,湖南大学粤港澳大湾区创新研究院生物智能制造研发中心主任。主要研究方向为生物智能制造、组织工程、生物材料、生物制药、转化医学等。先后主持和参与了国家重点研发计划、国家自然科学基金、省重点研发计划、省/市自然科学基金等多项项目的研究工作,在国际顶级学术刊物上发表 SCI 论文数十篇,拥有发明专利十余项,获评湖南省芙蓉学者、湖南大学岳麓学者等。

相关期刊

An international high impact journal exploring the science of biomaterials and their translation towards clinical use

rsc.li/biomaterials-science

Biomater. Sci.

2-年影响因子*5.8
5-年影响因子*6.2
JCR 分区*Q2 材料-生物材料
CiteScore 分11.5
中位一审周期38 


Biomaterials Science 报道生物材料科学的研究进展及其向临床应用的转化。发文范围包括生物材料设计中的新概念、生物材料与生物体相互作用方面的研究以及使用生物材料来解决生物学问题的方法。所发表的研究工作应对所报道的生物材料在生物学领域的应用提出新颖的见解(例如组织工程、再生医学、治疗剂输送或仿生材料等)。

Editor-in-Chief

  • Jianjun Cheng (程建军)
    🇨🇳 西湖大学

Associate editors

  • Khuloud Al-Jamal
    🇬🇧 伦敦大学国王学院

  • Nasim Annabi
    🇺🇸 加州大学洛杉矶分校

  • Lino Ferreira
    🇵🇹 葡萄牙神经科学与细胞生物学中心

  • Jöns Hilborn
    🇸🇪 乌普萨拉大学

  • Won-Gun Koh
    🇰🇷 延世大学

  • Shyni Varghese
    🇺🇸 杜克大学

  • Fujian Xu (徐福建)
    🇨🇳 北京化工大学

  • Lichen Yin (殷黎晨)
    🇨🇳 苏州大学

  • Chuan Zhang (张川)
    🇨🇳 上海交通大学

Editorial board members

  • Pamela Habibović
    🇳🇱 马斯特里赫特大学

  • Xinyuan Zhu (朱新远)
    🇨🇳 上海交通大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
 CiteScore 2023 by Elsevier
 中位数,仅统计进入同行评审阶段的稿件






欢迎联系我们发布论文报道
📧RSCChina@rsc.org

点击下方「阅读原文」查看论文原文
↓↓↓

RSC英国皇家化学会
英国皇家化学会,是全球领先的化学学术团体,致力于推动化学科学的卓越发展。推送最新的国际化学新闻,分享顶尖的化学科研成果及丰富的化学学术活动。
 最新文章