3Dプリントが役立ちます! 「精密」腫瘍転移モデルの構築

出典: 丁香園

腫瘍細胞の場合、3D 培養法によって、表現型と遺伝子型の点で細胞を生体内の挙動に近づけることができます。しかし、腫瘍の微小環境は極めて複雑です。腫瘍細胞を線維芽細胞などの他の細胞と共培養した研究者や、血管新生モデルを確立した研究者もいますが、それらはまだやや「薄い」ものであり、腫瘍の転移環境を正確にシミュレートすることはできません。最近、米国ミネソタ大学の研究者らは、3Dバイオプリンティング技術を使用して、新しいタイプの「精密な」3D体外腫瘍モデルを構築した。生きた細胞（腫瘍細胞、間質細胞、血管細胞）を正確に配置して機能的な血管系を構築し、シグナル伝達分子を配置してその放出を制御して腫瘍細胞の転移を誘導することができます。重要なのは、腫瘍を標的とした薬剤を血管内に送達することで薬剤スクリーニングが可能になることです。このモデルは、浸潤、血管内侵入、血管新生など、癌転移のいくつかの重要な段階をほぼ完璧に再現しており、腫瘍研究や新しい抗癌剤のスクリーニングにとって大きな意義を持っています。研究成果はAdvanced Materials（IF=21.950）に掲載されました。

このモデルには、腫瘍転移環境を正確にシミュレートできる4つの主要モジュールがあります：（1）腫瘍マトリックス。足場としてハイドロゲルが選択され、線維芽細胞がハイドロゲル内に含まれて腫瘍マトリックスが形成されました。（２）化学環境3D プリントされたマイクロカプセルには、VEGF や EGF などの走化性経路分子が含まれており、外部刺激 (カプセルシェルは近赤外線レーザーに反応) を受けてこれらの化学信号を動的に放出し、腫瘍組織内の化学環境をシミュレートして細胞の移動を誘導することができます。（３）血管系ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）を内皮化用のマイクロチャネルに注入し、腫瘍細胞が内皮バリアを通過して血管に到達し、循環腫瘍細胞（CTC）を生成できるようにする血管導管として機能させました。（４）腫瘍細胞腫瘍の原発部位を模倣するために、腫瘍細胞クラスターが印刷された液滴区画内に配置されました。

▲腫瘍細胞の転移をシミュレートした、3Dプリントされたin vitro腫瘍モデル。 3D プリントされたプログラム可能なカプセルは、EGF と VEGF を段階的に放出し、腫瘍細胞の腫瘍間質への侵入と血管内浸潤を媒介します。 EGF: 上皮成長因子、VEGF: 血管内皮成長因子、EGFR: EGF 受容体、VEGFR: VEGF 受容体。

▲カプセルから放出されたEGFは腫瘍細胞の移動を誘導するために使用できます。腫瘍細胞の大部分（A549 肺癌細胞）は EGF カプセル領域にのみ存在し、カプセルが破裂するにつれて増加しました。
▲VEGFカプセルは主血管の発芽を誘導し、A549細胞が血管系に入ります。血管に浸潤した腫瘍細胞は CTC として流れ、別のチャンバーで収集できます。濃縮された CTC を特異的に分析できます。

▲濃縮されたA549肺癌細胞では、ビメンチンとN-カドヘリンが上方制御されていました。この 3D バイオプリント腫瘍モデルは、薬物スクリーニングの前臨床ツールとして使用できます。 2つの免疫毒素薬、EGF4KDELとCD22KDELが血管を介して導入されました。 EGF4KDEL は EGF と短縮された Pseudomonas 外毒素で構成され、EGFR 過剰発現 A549 腫瘍細胞を標的とします。薬物治療を行わなかったグループと比較して、腫瘍細胞の増殖は有意に減少し、誘導浸潤および移動は観察されませんでした。 A549 細胞は CD22 を発現しないため、CD22KDEL の影響を受けず、急速な増殖と誘導浸潤を示します。

▲このモデルを薬物スクリーニングに使用このモデルは、生体内の腫瘍微小環境の複雑さを完全に要約することはできませんが、従来の 2D 単層細胞培養と動物モデル間のギャップを大幅に縮めます。同時に、3D組織工学研究も推進されました。研究チームの次のステップは、さらに多くの細胞タイプ、特に免疫系細胞を追加し、これらの細胞間の相互作用を研究することです。

出典：Dingxiangyuanオリジナル論文：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806899

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