首次成功地 3D 生物打印了一種最致命的腦腫瘤形式，從而產生了迄今為止最完整的實驗室培養模型。
3D 打印的膠質母細胞瘤模型的顯微圖像（特拉維夫大學）
特拉維夫大學的科學家在類似大腦的環境中打印了膠質母細胞瘤，包括為腫塊提供血液的血管。研究人員說，這是迄今為止對腫瘤和周圍組織進行最完整的復制——這是一項有助于開發治療方法的突破。
膠質母細胞瘤可能很少見，但它特別可怕。它在大腦或腦干上快速而積極地生長，無法治愈，并且幾乎總是致命的。
也很難治療。由于癌癥非常具有侵襲性，因此治療需要非常嚴格，通常需要進行化療和放療，而患者往往病得太重而無法完成。
從患者身上取出的腫瘤中提取和培養的膠質母細胞瘤組織是醫生希望更多地了解這種可怕癌癥的途徑之一。特拉維夫大學的癌癥研究員和納米科學家 Ronit Satchi-Fainaro 說，這通常在培養皿上完成，是一種非常有用的工具 - 但它有局限性。
在之前的一項研究中，她和她的團隊發現了一種叫做 P-Selectin 的蛋白質，當膠質母細胞瘤中的癌細胞遇到大腦中的小膠質細胞（中樞神經系統中最突出的免疫細胞）時，就會產生這種蛋白質。
這種蛋白質會觸發小膠質細胞支持膠質母細胞瘤，而不是對抗它——這對人來說是毀滅性的結果。
“然而，我們在手術期間切除的腫瘤中發現了這種蛋白質，但在我們實驗室的二維塑料培養皿上生長的膠質母細胞瘤細胞中卻沒有，”她解釋說。
“原因是癌癥和所有組織一樣，在塑料表面上的表現與在人體中的表現非常不同。大約 90% 的實驗藥物在臨床階段失敗，因為在實驗室中取得的成功無法在患者身上重現.”
該團隊試圖找到解決這一限制的方法是一種膠質母細胞瘤生物墨水，它由來自患者的膠質母細胞瘤細胞、星形膠質細胞和小膠質細胞制成。使用涂有形成血管的細胞類型的可移動生物墨水，他們還設法為他們的模型提供功能性血液供應。
每個膠質母細胞瘤模型都是在基于同樣取自患者的細胞外基質的水凝膠中的生物反應器中進行 3D 打印的。
然后將膠質母細胞瘤模型連接到細胞外基質并通過血管與細胞外基質通信，以模擬腫瘤與周圍腦組織相互作用的方式。這提供了一種研究癌癥行為方式的方法，這種行為方式特定于其環境 - 大腦。
“大腦的物理和機械特性不同于其他器官，如皮膚、乳房或骨骼，” Satchi-Fainaro 說。
“乳房組織主要由脂肪組成，骨組織主要是鈣；每種組織都有自己的特性，這些特性會影響癌細胞的行為以及它們對藥物的反應。在相同的塑料表面上生長所有類型的癌癥并不是最佳模擬臨床環境。”
然后，該團隊使用 P-Selectin 測試了他們的模型。將 P-選擇素抑制劑引入培養皿中生長的膠質母細胞瘤培養物，以及 3D 打印模型和動物模型。在培養皿培養物中，與未處理的對照相比，沒有觀察到生長或細胞遷移的變化。
對于 3D 打印模型和動物模型，與未經處理的對照相比，P-選擇素抑制劑導致生長速度較慢。
“這個實驗向我們展示了為什么可能有效的藥物很少因為它們在 2D 模型中的測試失敗而很少進入臨床，反之亦然：為什么藥物被認為在實驗室中取得了驚人的成功，最終在臨床試驗中失敗了，” Saitchi-Fainaro 說。
基因測序和 3D 打印腫瘤的生長速度也與研究小組在活體患者中觀察到的結果更加吻合。在 2D 培養皿上，樣本隨時間變化，因此它們不再與患者的腫瘤相匹配，但 3D 打印的膠質母細胞瘤仍然與患者樣本相似。
此外，2D 培養物都以相同的速度生長；而 3D 打印的腫瘤顯示出不同的生長速度，這在人類和動物中觀察到。
這不僅提出了一種更準確地研究膠質母細胞瘤行為的方法，還可能導致開發針對患者的干預措施的方法。
“如果我們從患者的組織中抽取樣本，連同其細胞外基質，我們可以從這個樣本中 3D 生物打印 100 個微小腫瘤，并測試多種不同藥物的各種組合，以發現針對這種特定腫瘤的最佳治療方法，” Saitchi-Fainaro解釋說。
“但也許最令人興奮的方面是在癌細胞中發現新的可藥物靶蛋白和基因——當腫瘤位于人類患者或模型動物的大腦內時，這是一項非常艱巨的任務。
我們的創新為我們提供了前所未有的機會，沒有時間限制，可以更好地模擬臨床場景的 3D 腫瘤，從而實現最佳研究。”
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