肾脏微环境中生物打印神经母细胞瘤ai症模型

肾脏微环境中生物打印神经母细胞瘤癌症模型

研究人员利用生物打印技术,构建了由 IMR-32 神经母细胞瘤细胞(含 MYCN 和 ALK 基因扩增)与人胚肾 293 细胞及原代人肾成纤维细胞组成的肾脏微环境 3D 模型,该模型通过商用生物打印机的双气动挤压打印头制作。实验中,泛巴诺司他(一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂)在有效浓度范围内可选择性诱导癌细胞凋亡,且不影响肾脏细胞,而杀稻瘟菌素对两种细胞均有细胞毒性。此外,2D 和 3D 培养的细胞敏感性存在细胞类型特异性差异,3D 模型的治疗窗口更宽,证明了人类 3D 模型在抗癌药物研究中的价值,此模型可用于测试新抗癌药物的细胞毒性和肿瘤选择性,其开放支架设计还能自由更换肿瘤和微环境细胞类型。

思维导图

一、研究背景与目的

<背景<:当前抗癌药物研发受限于动物模型中人类癌细胞处于异种环境,神经母细胞瘤作为儿童最常见颅外实体瘤,存在化疗耐药和高危患者早期死亡等问题,且肾转移治疗进展有限。

<目的<:构建全人源肾脏微环境中的神经母细胞瘤 3D 生物打印模型,用于高效测试抗癌药物的细胞毒性和肿瘤选择性。

二、模型构建与方法

<细胞类型<

癌细胞:IMR-32(含 MYCN 和 ALK 基因扩增的神经母细胞瘤细胞)。

肾脏微环境细胞:人胚肾 293 细胞、HEK293-GFP 细胞、原代人肾成纤维细胞。

<生物墨水<:6.67% 明胶 + 4.5% 海藻酸钠,与细胞悬液混合后含 3% 明胶、2% 海藻酸钠、30 mM CaSO₄,细胞浓度 5×10⁶ cells/mL。

<打印技术<:使用 Bio X Cellink 生物打印机,双气动挤压打印头,构建核心(直径 3 mm)为癌细胞、外层(直径 6 mm)为肾脏细胞的环形结构,打印后用 100 mM CaCl₂交联 10 分钟。

三、药物测试结果

泛巴诺司他(HDAC 抑制剂)

3D 模型:IMR-32 细胞 IC50 在 24-72 小时为 2.1-7.5 nM,HEK293 细胞为 107-509 nM,原代肾成纤维细胞 72 小时 IC50 为 158.9 nM,癌细胞敏感性比肾脏细胞高约 2 个数量级,10 nM 即可诱导癌细胞凋亡,肾脏细胞仅在 1000 nM 时少量死亡。

2D 培养:IMR-32 细胞 IC50 为 2.5-4.9 nM,HEK293 细胞为 38.5-40.5 nM,敏感性差异约 1 个数量级。

杀稻瘟菌素(抗生素)

3D 与 2D:对 IMR-32 和 HEK293 细胞 IC50 值相近,无显著细胞类型差异,3D 中 72 小时 IC50 分别为 12.4 μM 和 15.1 μM,2D 中为 3.9 μM 和 5.0 μM。

四、模型优势与意义

与 2D 对比:3D 模型中药物治疗窗口更宽,能更准确反映细胞在生理微环境中的反应。

生理相关性:使用原代肾成纤维细胞替代 HEK293 细胞,增强了模型的病理生理相关性。

应用价值:可区分癌症特异性药物(如泛巴诺司他)和非特异性细胞毒性药物(如杀稻瘟菌素),支持个性化治疗和新药物开发,遵循 “3R” 原则减少动物实验。

关键数据表格

关键问题

1. 生物打印的神经母细胞瘤 3D 模型相比传统 2D 培养有何优势?

答案:3D 模型中细胞对药物的敏感性存在细胞类型特异性差异,治疗窗口更宽。例如,泛巴诺司他在 3D 模型中对 IMR-32 细胞的 IC50 值比 HEK293 细胞低约两个数量级,而 2D 中仅低约一个数量级,3D 模型更能模拟体内肿瘤微环境,准确反映药物在生理环境中的效果。

2. 泛巴诺司他和杀稻瘟菌素在模型中的作用有何不同?

答案:泛巴诺司他是组蛋白去乙酰化酶抑制剂,可选择性诱导 IMR-32 细胞凋亡,在 10-100 nM 浓度下杀死癌细胞,且不影响肾脏细胞;杀稻瘟菌素是肽基核苷抗生素,对 IMR-32 和肾脏细胞均有细胞毒性,无选择性,3D 和 2D 培养中两者 IC50 值相近。

3. 该模型在抗癌药物研发中的潜在应用有哪些?

答案:可用于测试新抗癌药物的细胞毒性和肿瘤选择性,如筛选对癌细胞特异性杀伤而不损伤正常细胞的药物;能通过更换肿瘤和微环境细胞类型,适应不同癌症研究;还可结合患者来源的肿瘤细胞,开发个性化治疗策略,减少动物实验使用。

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