生物打印:
寻找新的癌症治疗方法
当今癌症药物和治疗药物开发面临的最大挑战是85%的临床试验药物未能上市。临床试验活动仍然是一项高风险的工作,因为肿瘤学综合成功率从2017年的11.7%降至2018年的8%(2019年全球肿瘤学趋势,IQVIA)。
生物打印技术通过提供更多生理学相关的模型来了解疾病和测试新的治疗方法,正在彻底改变研究人员进行癌症研究的方式。由于生物打印能够在三维环境中精确排列细胞,因此可以创建与人体内的原生微环境非常相似的多细胞模型。生物打印不仅有助于研究人员更深入地了解肿瘤的形成和进展,而且有助于开展更有效的药物发现研究。
为了提高人们对癌症的认识,这是一种影响众多的疾病,在本文中,我们重点介绍CELLINK客户和科学家所进行的关键研究,或者我们称之为“打印先锋”。了解研究人员如何利用生物打印技术推进癌症研究,并帮助找到治疗这种毁灭性疾病的新方法。
生物打印技术在脑癌症药物筛选中的应用
为高通量药物筛选和个性化治疗制作成胶质母细胞瘤芯片模型
Joshua Chou博士的团队(悉尼科技大学)正致力于了解胶质母细胞瘤,这是一种生存率极低的侵袭性脑癌症。复杂的微环境受到血脑屏障的天然保护,从而限制抗癌药物通过屏障扩散,这一事实加剧了这一挑战。
目前,研究人员面临两个关键问题。第一个缺口是没有可用于高通量药物筛选的仿生体外模型。第二个问题是缺乏有效提供3D肿瘤环境并捕捉血脑屏障造成的复杂性的模型。利用CELLINK的生物打印技术,Joshua Chou博士团队成员Giulia Silvani博士能够开发出一种具有胶质母细胞瘤微环境和血脑屏障所有关键特征的gbm-on-a-chip模型。通过利用BIO X,该小组成功开发了一种更现实的胶质母细胞瘤模型,该模型与高通量药物筛选工作流程相结合。
“我们的gbm-on-a-chip模型将使研究人员能够更好地了解药物如何通过血脑屏障扩散。它还将有助于优化和精炼药物配方,以达到针对脑癌症的有效治疗浓度。此外,我们的模型为未来脑癌症患者的个性化药物筛选提供了一个平台。我们可以培养特定于患者的脑癌症细胞,在我们的模型中重建它们,并进行药物筛选,以确定哪种药物对治疗个体脑癌症更有效。”
– Joshua Chou博士,悉尼理工大学
改变乳腺癌症治疗
用于个性化药物测试的患者特异性肿瘤模型
Carcinotech先进的3D打印微肿瘤为临床前和个性化药物测试提供了一个快速、合乎道德和准确的药物筛选平台。利用患者衍生的活检、原代细胞、免疫细胞和癌症干细胞,该团队开发出了用于乳腺癌症的3D生物打印微肿瘤,它代表了肿瘤微环境和患者的免疫细胞。
Carcinotech开发并将其技术扩展到六种癌症类型,包括乳腺癌、肺癌、脑癌、结肠直肠癌等。通过使用3D生物打印技术,该团队从单个患者的活检中产生了数百个乳腺癌症微肿瘤。这允许同时测试多种药物。结合自动化和生物打印技术,Carcinotech可以加快癌症有效治疗方法的开发,为外科医生和肿瘤学家提供测试治疗方案的机会,并为每个患者制定个性化的治疗计划。
“我们的活肿瘤可以用于推进新药物和治疗的研究,以帮助抗击癌症,提高患乳腺癌患者的生活质量和生存机会。我们希望,在未来,我们的模型将使每个人都有机会接受个人癌症护理,改善治疗并增加他们的生存机会。”
–Carcinotech首席执行官Ishani Malhotra
生物打印技术在结直肠癌研究中的进展
只有0.1%的药物能够从试验台到床边使用,这受到药物试验临床前和临床阶段可用的不良预测模型的显著影响。因此,开发新型治疗药物的成功在于引入改进的临床前疾病模型,这些模型与体内肿瘤更相似,具有更高的预测性财产,并为个体化治疗提供了机会。
保加利亚普罗夫迪夫医科大学的Sbirkov博士和他的同事们开发了一种可重复性好、价格实惠且灵活的癌症模型。生物打印允许研究人员将细胞放置在3D结构中,这将提供必要的空间组织和细胞外成分,以概括体内肿瘤微环境和细胞生物学。
“拥有更能代表体内细胞情况的体外模型,将产生更具生理相关性的临床前数据,在药物反应方面具有更高的预测能力,因此最终这将改善药物发现和个性化药物。”
–Yordan Sbirkov,普罗夫迪夫医科大学
揭开肺癌
的秘密
肺癌是世界上癌症相关死亡的主要原因之一。不幸的是,传统的3D模型,包括类器官和球体,有一个主要的局限性。它们缺乏天然的微环境,增加了在基于ECM的基质中捕获细胞-细胞通信和迁移模式的挑战。建立这样的天然肿瘤微环境对于了解疾病进展和开展强有力的药物发现研究至关重要。为了应对这一挑战,CELLINK的一组研究人员制作了多细胞肺癌癌症组装模型。
该团队将人类肺癌细胞(A549)、肺腺癌相关成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞纳入富含层粘连蛋白和胶原的基质环境中。因此,他们能够可视化癌症细胞的迁移和细胞外基质(ECM)内癌症球体的合并。
使用3D生物打印提供了多种优势,包括多细胞结构的精确几何排列,可以更好地再现原生3D人体生理学。细胞基于来自周围细胞和环境的外部信号自组装。这一重要现象有助于理解肿瘤形成,也可能有助于药物开发和筛选。