BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在構(gòu)建中的應(yīng)用之膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型

1. Three-dimensional bioprinted glioblastoma microenvironments model cellular dependencies and immune interactions
三維生物打印的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤微環(huán)境模型中的細(xì)胞依賴性和免疫相互作用

這篇文章的主要目的是通過快速3D生物打印技術(shù)構(gòu)建一個多因素的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤微環(huán)境模型，以研究細(xì)胞依賴性和免疫相互作用。以下是模型構(gòu)建的詳細(xì)介紹：

背景
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是最具侵襲性且致命的腦腫瘤之一，腫瘤的微環(huán)境對于其生長、侵襲和治療反應(yīng)至關(guān)重要。研究表明，腫瘤中的巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的進(jìn)展中起到重要作用。然而，傳統(tǒng)的2D細(xì)胞培養(yǎng)或動物模型難以精確再現(xiàn)腫瘤微環(huán)境中的復(fù)雜相互作用。

3D生物打印技術(shù)的應(yīng)用
本文采用數(shù)字光處理（DLP）的3D生物打印技術(shù)，構(gòu)建了一個包含多種細(xì)胞類型的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型。這個模型由患者來源的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞（GSCs）、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)前體細(xì)胞（NPCs）和巨噬細(xì)胞共同組成。研究者通過將這些細(xì)胞嵌入富含透明質(zhì)酸（HA）的水凝膠中，創(chuàng)建了一個高度仿生的腫瘤微環(huán)境。

打印過程

• DLP系統(tǒng)：該系統(tǒng)的核心組件是一個數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD），它通過控制UV光投射到預(yù)聚合的細(xì)胞-材料混合物上，實(shí)現(xiàn)逐層打印。打印出的模型包含一個腫瘤核心區(qū)，由高密度的GSCs和巨噬細(xì)胞組成；外圍區(qū)域由較低密度的星形膠質(zhì)細(xì)胞和NPCs組成，模擬健康腦組織。

• 水凝膠基質(zhì)：使用的基質(zhì)材料為甲基丙烯酸化明膠（GelMA）和甲基丙烯酸化透明質(zhì)酸（GMHA），這些材料的機(jī)械性能被設(shè)計(jì)為與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織相匹配。GSCs主要被嵌入4% GelMA和0.25% GMHA的混合物中，形成與真實(shí)腫瘤相似的基質(zhì)。

細(xì)胞封裝與模型結(jié)構(gòu)

• 在這個3D打印模型中，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞（GSCs）與星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)前體細(xì)胞相互作用，模擬了腫瘤細(xì)胞與正常腦組織之間的細(xì)胞通訊。模型還加入了巨噬細(xì)胞，重點(diǎn)研究了其在腫瘤進(jìn)展中的作用。

• 通過將不同的細(xì)胞按預(yù)設(shè)位置排列，該模型成功實(shí)現(xiàn)了腫瘤核心和外圍健康組織的分離，能夠更精確地研究不同細(xì)胞類型之間的相互作用。

模型的生物學(xué)驗(yàn)證

• 研究通過轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)3D打印的腫瘤模型能夠更好地再現(xiàn)患者膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織的基因表達(dá)譜。與傳統(tǒng)的球狀培養(yǎng)相比，3D模型中GSCs表現(xiàn)出更強(qiáng)的侵襲能力和抗藥性。

• 此外，加入巨噬細(xì)胞后，模型中的GSCs顯示出更顯著的低氧反應(yīng)和基質(zhì)重塑，這些特征與患者體內(nèi)的腫瘤表現(xiàn)一致。

模型的應(yīng)用前景
該模型展示了其在研究腫瘤-免疫相互作用、藥物篩選以及腫瘤進(jìn)展機(jī)制中的廣泛應(yīng)用潛力。特別是它能夠用于分析巨噬細(xì)胞在腫瘤中的作用、細(xì)胞-細(xì)胞通訊，以及腫瘤細(xì)胞對藥物的反應(yīng)，為未來的個性化治療提供了重要工具。

總結(jié)
這篇文章通過DLP 3D生物打印技術(shù)，成功構(gòu)建了一個復(fù)雜的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤微環(huán)境模型，該模型能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)腫瘤微環(huán)境中的多種細(xì)胞相互作用。這一模型不僅提供了研究腫瘤細(xì)胞依賴性和免疫相互作用的新平臺，還為未來的癌癥藥物篩選和治療提供了新的可能性。

2. Rapid 3D Bioprinting of Glioblastoma Model Mimicking Native Biophysical Heterogeneity
快速3D生物打印膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型，模擬天然生物物理異質(zhì)性
 

文章通過快速3D生物打印技術(shù)構(gòu)建膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）的生物物理模式，用于研究腫瘤的發(fā)生和血管生成。以下是模型構(gòu)建的主要內(nèi)容：

模型背景
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是最具侵襲性的大腦腫瘤之一，具有高度異質(zhì)性，尤其是在細(xì)胞成分和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）方面。現(xiàn)有的2D模型無法準(zhǔn)確模擬這種復(fù)雜的微環(huán)境，因此該研究通過3D生物打印技術(shù)構(gòu)建了一個生理相關(guān)的三維模型，用于研究不同生物物理?xiàng)l件下的細(xì)胞行為。

模型構(gòu)建過程

• DLP 3D生物打印技術(shù)：利用數(shù)字光處理技術(shù)（DLP），研究人員能夠快速打印出具有不同硬度和微結(jié)構(gòu)的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤微環(huán)境模型。模型中包含三個主要區(qū)域：腫瘤細(xì)胞區(qū)域、無細(xì)胞的ECM區(qū)域，以及模擬腦毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞區(qū)域。

• 生物物理圖案化：模型通過控制水凝膠的硬度和微環(huán)境中的其他物理?xiàng)l件，生成不同的硬度模式，分別代表健康腦組織和病變組織的物理特性。硬的基質(zhì)促使細(xì)胞表現(xiàn)出更具侵襲性的間充質(zhì)表型，而軟基質(zhì)則促進(jìn)經(jīng)典表型和細(xì)胞增殖。

細(xì)胞與基質(zhì)的相互作用
該模型使用了患者來源的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞與人內(nèi)皮細(xì)胞共同打印，結(jié)合透明質(zhì)酸衍生物，形成具有生物化學(xué)相關(guān)性的腫瘤微環(huán)境。該模型不僅展示了腫瘤細(xì)胞對不同基質(zhì)硬度的響應(yīng)，還模擬了腫瘤細(xì)胞的血管生成潛力，為研究腫瘤異質(zhì)性和耐藥性提供了新平臺。

模型應(yīng)用
研究表明，該模型可用于模擬不同亞型的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，特別是用于探討腫瘤生長、侵襲行為和血管生成。此外，該模型能夠通過不同區(qū)域的硬度差異，研究腫瘤細(xì)胞對化療藥物（如替莫唑胺）的反應(yīng)和抗藥性。

總結(jié)
這篇文章展示了一個生物物理圖案化的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤3D模型，通過快速3D生物打印技術(shù)，再現(xiàn)了腫瘤的異質(zhì)性和侵襲性。該模型為研究腫瘤生物學(xué)和開發(fā)新的治療方法提供了有效的平臺，尤其是在研究腫瘤發(fā)生、血管生成和耐藥性方面。

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