科學(xué)家3D生物打印可長期存活的腫瘤模型，為下一代藥物測試開辟新的途徑

2023年10月31日，南極熊獲悉，法國初創(chuàng)公司CTIBiotech和保加利亞普羅夫迪夫醫(yī)科大學(xué)的科學(xué)家在生物技術(shù)公司Transgene的幫助下，使用3D生物打印技術(shù)制造了仿生腫瘤模型，用于模仿癌癥在人體內(nèi)生長和進(jìn)化的方式，從而擺脫對真實(shí)人體試驗(yàn)的依賴。這一成果預(yù)示著人類在癌癥醫(yī)學(xué)研究上邁出了里程碑式的一步。

這項(xiàng)研究以題為“World's First Long-Term ColorectalCancer Model by 3D Bioprinting as a Mechanism for Screening Oncolytic Viruses/世界首個(gè)通過 3D 生物打印作為篩查溶瘤病毒機(jī)制的長期結(jié)直腸癌模型”的論文被發(fā)表在醫(yī)學(xué)雜志《 Cancers MDPI》關(guān)于基礎(chǔ)和臨床結(jié)直腸癌研究最新進(jìn)展的特刊上。

相關(guān)論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37835418/

了解癌癥治療的挑戰(zhàn)

結(jié)直腸癌或結(jié)腸癌是全球主要的健康問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有超過 180 萬人被診斷患有這種致命疾病。此外，世界衛(wèi)生組織(WHO) 預(yù)測，到 2030 年，多達(dá)1200 萬人可能死于各種類型的癌癥。

由于迫切需要找到有效的治療方法，目前的藥物開發(fā)方法還遠(yuǎn)未完善。太多有前途的藥物在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中看似有效，但在現(xiàn)實(shí)世界的人體測試中卻失敗了。這種差異經(jīng)常出現(xiàn)是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的受控環(huán)境無法捕捉人體的復(fù)雜性。當(dāng)藥物從培養(yǎng)皿轉(zhuǎn)移到患者身上時(shí)，新陳代謝、免疫反應(yīng)、與其他物質(zhì)的相互作用以及意想不到的副作用等因素可能會(huì)改變藥物的療效。這凸顯了開發(fā)更現(xiàn)實(shí)的藥物測試模型的必要性，以確保潛在的治療方法在現(xiàn)實(shí)世界中有更大的成功機(jī)會(huì)。

為了解決這個(gè)問題，研究團(tuán)隊(duì)開始嘗試?yán)��?3D 生物打印技術(shù)的潛力。在這種情況下，科學(xué)家們創(chuàng)造了模仿現(xiàn)實(shí)生活中結(jié)腸癌行為的微型腫瘤（模仿人體真實(shí)腫瘤的生物模型）。

利用接受過手術(shù)治療的患者捐贈(zèng)的樣本，科學(xué)家們成功開發(fā)出了打印這些 3D 癌癥模型的方案。然后，他們培育這些模型的時(shí)間從一天到五個(gè)月不等。生物打印模型的存活時(shí)間創(chuàng)下了科學(xué)界的記錄，證明這是研究癌癥如何隨時(shí)間演變以及對治療的反應(yīng)的絕佳機(jī)會(huì)。

這項(xiàng)研究的深度凸顯了這些生物打印模型的潛力。研究人員表示，他們的方法顯示了人源化模型在未來化療和細(xì)胞治療策略中的關(guān)鍵作用。這些 3D 生物打印結(jié)直腸癌腫瘤不僅能夠在體外生存，而且它們在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中也可以完成細(xì)胞的自我復(fù)制。這一發(fā)展提供了一個(gè)具有成本效益的系統(tǒng)，不僅可以篩選基本化療，還可以篩選先進(jìn)的治療策略，最終可以降低患者的治療成本，并更廣泛地提供全球癌癥治療支持。

下一代的治療方法

研究人員使用生物墨水，將來自患者腫瘤的細(xì)胞與富含營養(yǎng)物質(zhì)和促進(jìn)生長的材料的溶液混合。然后，他們 3D 打印了一個(gè)準(zhǔn)確代表患者腫瘤的結(jié)構(gòu)。這比以前的方法有了顯著的改進(jìn)，以前的方法經(jīng)常產(chǎn)生不一致的結(jié)果。

這些生物打印模型的成功培育不僅對科學(xué)家來說是錦上添花，而且為個(gè)性化醫(yī)療的未來打開了大門。通過這些模型，醫(yī)生和研究人員可以確定專門為每位患者量身定制的最有效的治療方法。

△生物打印現(xiàn)在已成為個(gè)性化醫(yī)療過程的重要組成部分，在創(chuàng)建用于藥物篩選的組織方面發(fā)揮著明確的作用。圖片由 CTIBiotech 提供。

前沿科學(xué)家的觀點(diǎn)

CTIBiotech 首席科學(xué)官兼創(chuàng)始人 Colin McGuckin 強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)研究的潛力：“十年來，CTIBiotech 一直在組織工程和 3D 生物打印領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，造福人類健康。利用仿生腫瘤模型開發(fā)藥物，這種研究思路對于下一代癌癥治療至關(guān)重要�！�

再生醫(yī)學(xué)教授兼癌癥研究專家麥古金在社交媒體上表示，治療癌癥患者的未來更好的途徑是每天用個(gè)性化醫(yī)療跟蹤患者，并針對隱藏的癌癥進(jìn)行治療。他還強(qiáng)調(diào)了支持依賴于生物打印的先進(jìn)癌癥研究和利用溶瘤病毒 (OV) 策略推進(jìn)治療的重要性（OV 是專門針對并殺死癌細(xì)胞，同時(shí)使正常細(xì)胞基本不受影響的病毒）。

△患者腫瘤特征和由此產(chǎn)生的打印腫瘤模型。圖片由 CTIBiotech 提供

與此同時(shí)，Transgene 的Eric Quemeur 和普羅夫迪夫醫(yī)科大學(xué)的 Victoria Sarafian 教授強(qiáng)調(diào)了這些模型如何克服當(dāng)前方法的局限性，為精準(zhǔn)治療和藥物開發(fā)提出了一種有前景的策略。

Transgene 執(zhí)行副總裁兼首席科學(xué)官 Quemeneur 補(bǔ)充道：“源自患者的腫瘤樣物質(zhì)已成為我們臨床前表征過程的重要組成部分，克服了當(dāng)前溶瘤病毒體外和體內(nèi)模型的一些關(guān)鍵局限性。最近在 3D 生物打印轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌細(xì)胞方面取得的成就將允許長期跟蹤腫瘤特征及其治療微環(huán)境的演變。更具體地說，這一步驟對于建立更具代表性的腫瘤表型復(fù)雜性和多樣性模型至關(guān)重要，并將有助于為未來制定更好的治療策略。”

3D生物打印癌癥模型前景巨大

這項(xiàng)研究的意義怎么強(qiáng)調(diào)都不為過。這項(xiàng)合作工作的共同努力產(chǎn)生了一個(gè)可靠的平臺，有可能加速有效癌癥治療手段的開發(fā)。

簡而言之，這些生物打印的微型腫瘤可以被認(rèn)為是科學(xué)界高度現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐假人。它們提供了一個(gè)接近現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境來測試新藥，確保有希望的候選藥物能夠有更好的機(jī)會(huì)在人體試驗(yàn)中取得成功。

這并不是CTIBiotech公司第一次成為頭條新聞。它還率先利用生物打印技術(shù)生產(chǎn)功能性人體組織，用于再生醫(yī)學(xué)、藥物開發(fā)和皮膚化妝品行業(yè)。創(chuàng)始人 McGuckin 和Nico Forraz憑借數(shù)十年的癌癥研究基礎(chǔ)，完善了用于開發(fā)微型腫瘤的生物打印技術(shù)，希望該技術(shù)和組織模型能夠改善藥物開發(fā)平臺和預(yù)測醫(yī)學(xué)。隨著生物打印的不斷發(fā)展，CTIBiotech 仍然處于歐洲生物打印領(lǐng)域的前沿，展示了創(chuàng)新的可能性。