マトリゲルに別れを告げ、GelMAバイオインクは腸腫瘍オルガノイドの構築と薬剤評価に使用されます

出典: EFL Bio3Dプリンティングとバイオ製造

抗腫瘍薬の評価は、医薬品の開発と臨床指導にとって非常に重要です。腫瘍オルガノイドモデルは、実際の腫瘍組織をより良くシミュレートでき、時間と経済コストが低く、細胞株や異種移植モデルの欠点を補うため、ますます注目を集めています。しかし、現在のマトリゲルベースの腫瘍オルガノイド培養は、ゲル化速度が遅く、機械的強度が低いため、ハイスループットエンジニアリング手法に適合させるには限界があります。

最近、中山大学の劉傑教授らは、豚脂肪組織脱細胞外マトリックス（adECM）とGelMAを使用して、大腸がんオルガノイド培養用の新しい複合バイオインクを開発しました。この複合バイオインクは、腸腫瘍オルガノイドの効果的な培養と 3D バイオプリンティングにおいて優れた性能を示し、医薬品開発と臨床指導における腫瘍オルガノイドの応用を促進するための優れたデモンストレーションを提供します。関連研究は、「ハイスループット癌オルガノイドモデルの構築と薬剤評価のための 3D バイオプリンティングプラットフォーム開発」というタイトルで Biofabrication に掲載されました。

図1 生物学的3Dプリンティング技術を使用して患者由来の腫瘍サンプルからオルガノイドを抽出し、高スループットオルガノイド薬物スクリーニングプラットフォームを構築する概略図
GelMA の高速かつ安定した光架橋特性とゼラチン由来の優れた生体適合性を考慮して、著者らはアクリレート法を使用してゼラチンをメタクリル酸無水物で修飾することにより GelMA を調製することに成功しました。脱細胞化細胞外マトリックス（dECM）は、特定の動物組織から細胞を除去することによって得られるゲル材料です。このユニークな材料は、さまざまな組織成分とその比率の回復を最大限に高め、高度にシミュレートされた in vitro 成長環境を細胞に提供し、in vitro 病理モデルの信頼性と信頼性を向上させることができます。これまでの研究に基づいて、この記事の著者は豚の脂肪組織から dECM 材料を準備しました。一連の予備検証を経て、2 つの成分を 1:1 の比率で混合するように最適化され、塗布しやすい複合バイオインクが得られました。調製された GelMA/adECM 複合バイオインクは、ゲル化のために主に GelMA の光架橋特性に依存し、ゲル化のために adECM の熱感受性特性に依存しているため、ゲル化速度とゲル強度は、ゲル化のために熱感受性特性に依存する従来の Matrigel よりもはるかに優れています。

図 2 複合バイオインクの熱感度と光架橋特性。複合バイオインクの印刷性は、さまざまな印刷パラメータの包括的なテストを通じて検証され、その後の印刷に最適なパラメータの組み合わせが決定されました。実験結果によると、3Dバイオプリンティングでは、96ウェルマルチウェルプレートの各ウェルに同じ体積のハイドロゲル球を正確に印刷でき、印刷に異なるバイオインクを選択することで、期待される印刷パターンを正確に得ることができ、後で複数の材料や細胞を選択して複雑なシステムを構築するのに役立ちます。

図 3 複合バイオインクを使用した 3D バイオプリンティング薬剤の評価とスクリーニングに使用する必要のある腫瘍オルガノイドの場合、薬剤感受性テストは通常、印刷後 3 ～ 5 日以内に完了します。 5 日間の培養期間中、印刷された複合バイオインク内の生細胞の割合 (96.90%) は、マトリゲル内の生細胞の割合 (99.26%) よりもわずかに低いだけであり、複合バイオインクが薬物評価実験におけるオルガノイド培養の要件を満たすのに十分であることを示しています。

図 4 複合バイオインクでバイオプリントされ培養された大腸がんオルガノイドの生死状態オキサリプラチン (OX) は、大腸がん治療の現在の第一選択薬の 1 つであり、DNA および RNA と架橋を形成することで抗腫瘍効果を発揮します。複合バイオインクで構築されたモデルと従来のモデルである患者由来の大腸がんオルガノイドとの間の薬剤感受性の違い、およびこのモデルと細胞株ベースの2D培養モデルとの間の違いを分析するためのモデル薬剤としてOXが選択されました。結果は、同じ薬物濃度と曝露時間で、両方のオルガノイドモデルの細胞生存率が2D培養モデルよりも大幅に高いことを示しました（マトリゲルでは65.80％、複合バイオインクでは74.35％）。この非常に顕著な差は過去に広く報告されており、薬物評価の信頼性の点で腫瘍オルガノイドが従来の2Dモデルよりもはるかに優れていることを示しています。

図5 薬剤感受性試験記事出典:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ad51a6

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