試験管内多孔質肝癌モデルの 3D バイオプリンティング: 確立、評価、抗癌剤試験

出典: バイオデザインと製造

従来の腫瘍モデルでは、多くの場合、体外での腫瘍の成長を正確にシミュレートしたり、個別化された治療、特により有益な標的薬の発見を実現したりすることができません。この問題に対処するため、本研究では、ゼラチンメタクリレート（GelMA）とポリエチレンオキシド（PEO）という2つの混ざらない材料をバイオインクとして使用し、蛍光炭素量子ドットを革新的に適用して長期細胞追跡を行う3次元（3D）バイオプリンティング技術を使用して、ヒト肝細胞癌SMMC-7721細胞（3DP-7721）のin vitro腫瘍モデルを構築する方法について説明します。体積比 3:1 の GelMA (10%、質量分率) と PEO (1.6%、質量分率) ハイドロゲルは、明らかな細孔形成特性、十分な機械的特性、生体適合性を備えており、3DP-7721 モデルの作成に使用できました。モデルの生物学的特性を評価するために、免疫蛍光法と定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応 (PCR) が使用されました。 2次元培養細胞モデル（2D-7721）および3次元混合培養細胞モデル（3DM-7721）と比較して、3DP-7721モデルは細胞増殖能力および腫瘍関連タンパク質および遺伝子の発現が大幅に改善されました。さらに、3 つの培養モデル間の違いと 3 つのモデルにおける抗腫瘍薬の有効性を評価したところ、3 つのモデル間で抗腫瘍薬の有効性に違いがあることが分かりました。これは、3 つのモデル間で薬剤耐性タンパク質と遺伝子に大きな違いがあるためです。さらに、3つのモデルの腫瘍形成能を比較したところ、3DP-7721モデルで培養された細胞はヌードマウスにおいてより強い腫瘍形成能を示したことが明らかになりました。固形腫瘍形成に関連する生化学指標のレベルを免疫組織化学的に評価したところ、3DP-7721 モデル群は悪性腫瘍の病理学的特徴を示し、生成された固形腫瘍は実際の腫瘍に似ており、より進行度が高いことが示されました。この研究は、3DP-7721 モデルを医薬品開発研究に応用するための基礎を築きます。

図1 実験プロセスと検出フローチャート。 (a) バイオインクの組成、3D 印刷プロセス、構造架橋の概略図。(b) 薬剤耐性評価のための 2D-7721、3DM-7721、3DP-7721 モデルの比較。 SMMC-7721: ヒト肝臓がん細胞、3D: 三次元、2D-7721: 二次元培養モデル、3DM-7721: 3D 混合培養モデル、3DP-7721: 3D バイオプリンティングモデル、GelMA: ゼラチンメタクリレート、PEO: ポリエチレンオキシド、CD: カーボン量子ドット図 2 GelMA の体積比 (10%、質量分率) と PEO の体積比 (1.6%、質量分率) は、細孔サイズに異なる影響を及ぼします。 (ae) GelMAとPEOの異なる体積比でローダミンbで染色した多孔質ハイドロゲル構造の蛍光顕微鏡写真と(fi) 粒子サイズ分布ヒストグラム。 GelMA: ゼラチンメタクリレート、PEO: ポリエチレンオキシド図3 (a) 応力-ひずみ曲線と(b) 多孔質ハイドロゲル構造のヤング率。異なる体積比における GelMA と PEO の膨潤率と多孔度。データは平均±標準偏差、n = 3として表されます。 *p < 0.05、**p < 0.01、***p < 0.001。 GelMA: ゼラチンメタクリレート、PEO: ポリエチレンオキシド図4 印刷パラメータの最適化。さまざまな印刷速度と圧力 (1 bar = 100 kPa) でパノラマを印刷します。スケールバー: 3 mm、n=5
図 5 3D バイオプリントされた肝臓癌細胞モデルにおける肝臓関連タンパク質の発現。この図は、3DP-7721 モデルが印刷されてから 7 日後の AFP、Ki67、CYP3A4、および ALB の発現を示しています。スケールバー: 300 μm。 n = 3。3D: 3次元。ALB: アルブミン。AFP: アルファフェトプロテイン。Ki67: 増殖マーカータンパク質 Ki-67。CYP3A4: シトクロム p450 オキシダーゼファミリーのメンバー。3DP-7721: 3D バイオプリンティングモデル。DAPI: 4,6-ジアミジノ-2-フェニルインドール。CD: カーボン量子ドット図 6 3D バイオプリント肝臓がん細胞モデルにおける mRNA の発現。 2D-7721、3DM-7721、3DP-7721 モデルにおける 1 日目、5 日目、10 日目、15 日目の腫瘍関連タンパク質および遺伝子の mRNA 発現 (a) AFP、b) TGF-β、c) EpCAM、d) CD133、e) IL-8、f) CD24 など。データは平均±SD、n = 3として表されます。0.05、**p < 0.01、**p < 0.001。3D：3次元、2D-7721：2次元培養モデル、3DM-7721：3D混合培養モデル、3DP-7721：3Dバイオプリンティングモデル、AFP：アルファフェトプロテイン、TGF-β：形質転換成長因子、EpCAM：上皮細胞接着分子、CD133：プロミニン-1、IL-8：インターロイキン-8、CD24：分化クラスター24
図7（a）3DP-7721モデルで異なる濃度のDOXとともに24時間インキュベートしたSMMC-7721細胞の蛍光イメージング。スケールバー: 300 μm。 2D-7721、3DM-7721、3DP-7721 モデルにおける (b) DOX、(c) ルテオリン、(d) シスプラチンの 48 時間治療後の用量効果曲線。データは平均±標準偏差、n=4として表されます。 SMMC-7721: ヒト肝臓がん、CD: カーボン量子ドット、DOX: 塩酸ドキソルビシン、2D-7721: 2次元培養モデル、3DM-7721: 3次元混合培養モデル、3DP-7721: 3Dバイオプリンティングモデル、IC50: 最大阻害濃度の半分図8 2D-7721、3DM-7721、3DP-7721モデルにおける薬剤耐性タンパク質および薬剤耐性遺伝子mRNAの発現。 (a) MRP1、(b) BCRP、(c) MDR-1、(d) MRP2、(e) ABCB1、および(f) EGFR mRNA発現。データは平均±標準偏差、n=3として表されます。 *P<0.05、**p<0.01、**p<0.001。2D-7721: 2次元培養モデル、3DM-7721: 3次元混合培養モデル、3DP-7721: 3Dバイオプリンティングモデル、MRP1: 多剤耐性関連タンパク質1、BCRP: 乳がん耐性タンパク質、MDR-1: 多剤耐性1、MRP2: 多剤耐性関連タンパク質2、ABCB1: ATP結合カセットサブファミリーbメンバー1遺伝子、EGFR: 上皮成長因子受容体図9 さまざまなモデル細胞の腫瘍形成能。 (b) 腫瘍形成後21日目の腫瘍を有するヌードマウス（2D-7721、3DM-7721、3DP-7721培養群）の写真。 (c) 21日目の腫瘍重量。データは平均±標準偏差、n=3として表されます。 *p<0.05。 (d) マウスの体重と (e) 異なるモデルにおける異なる時点での腫瘍の体積。 (f) さまざまな固形腫瘍モデルのHE、Ki67、EpCAM、CD133、およびTUNEL染色の結果。 2D-7721: 2次元培養モデル; 3DM-7721: 3次元混合培養モデル; 3DP-7721: 3Dバイオプリンティングモデル; HE: ヘマトキシリンおよびエオシン; Ki67: 増殖マーカータンパク質Ki-67; EpCAM: 上皮細胞接着分子; CD133: プロミニン-1; TUNEL: 末端デオキシヌクレオチド転移酵素を介したdUTP-ビオチンニック末端標識アッセイ

試験管内多孔質肝癌モデルの 3D バイオプリンティング: 確立、評価、抗癌剤試験

第4回中国（国際）3Dプリントクリエイティブデザインコンテスト - 産業グループファイナリストと最終スケジュール

米国の金属3Dプリンター輸出規制、中国とロシアは特別扱い

試作工場は混雑しすぎており、SLS 3Dプリントが新たな成長ポイントとなり、Keheng/Youyue/Ruixianらがレイアウトに多大な努力を注いでいる

高精度マイクロ3DプリンターメーカーBMF：3Dプリントが低侵襲手術機器の分野に貢献！

三菱電機、衛星アンテナ向け軌道上3Dプリント技術を開発

CTスキャンと3Dプリント：オパール化石から新種の恐竜が発見される

最新のブレークスルー！中国の科学者がクモの糸で作られた3Dプリントナノロボットを開発した？

【詳細解説】セラミック材料の3Dプリント技術の研究の進展

Tuozhu: 3D プリントの軍拡競争が始まります!

クイーンズランド工科大学は機械学習を利用して溶融電子書き込み技術を改良し、実験時間を数日または数週間から数時間に短縮しました。

推薦する

MIT は、金属 3D プリント部品のクリープ性能を向上させる新しい方向性凝固熱処理プロセスを開発しました。

アストロアメリカ、海軍産業基盤強化のためグアムに新たな付加製造技術センターを設立

アマゾンの3Dプリントペンカテゴリーにおけるすべての中国販売業者は、一夜にして著作権侵害で釈放され、3,000万ドル以上の損失を被った。

ESA、3Dプリント技術を研究するための先進製造研究所を設立

心臓の弱い方はご注意ください!超リアルなカラー 3D プリント医療用人体モデル

FFF溶融フィラメント押出技術を使用した純銅部品の3Dプリント

3Dプリント技術により天安門建国記念日の花壇がより洗練され美しく

将来あなたが食べる高タンパク質乳製品は、3D プリントされるかもしれません!

レイ・ジュンはロシアのMiファンから新年の贈り物を受け取った：3DプリントされたMi Rabbitモデル

先進機能材料: 超軽量酸化グラフェンエアロゲルの 3D プリント

登録期限まで残り3日: 2018 HP Additive Manufacturing Complete Solution セミナー

[クラシックケース] シーメンスがドイツ鉄道の列車部品を3Dプリント

ドイツ鉄道は、Essentium HSE 280i HTを使用して高性能材料の列車部品を3Dプリントしています。

スピードは3Dプリンターを使って新しい3Dプリント水泳用具を開発

華中科技大学の添加剤ジャーナルのレビュー：レーザー粉末床溶融AlSi10Mg合金の微細構造と機械的特性の相関関係