科学家创造了模仿大脑的环境 以测试大脑肿瘤的3D组织模型

MEDFORD / SOMERVILLE和马萨诸塞州波士顿(2019年10月4日)-塔夫茨大学领导的研究人员团队在模仿大脑的微环境中开发了小儿和成人脑癌的三维(3D)人类组织培养模型。在脑肿瘤生物学和药理学反应研究方面取得重大进展。这项研究今天发表在《自然通讯》上。

研究人员创建了包括脑源性细胞外基质(ECM)在内的模型，ECM是蛋白质和氨基酸与天然存在于大脑中的结合糖形成的复杂网络。ECM不仅为周围的神经组织提供支持，而且还有助于指导细胞的生长和发育。ECM组成的改变与脑肿瘤的进展有关，这反过来又改变了肿瘤细胞中遗传和蛋白质表达的模式。

较早的研究已经注意到肿瘤细胞与周围ECM之间的这种重要的双向相互作用，并观察到ECM中的蛋白质成分可以阻止或允许肿瘤细胞在脑中进一步扩散。为了更好地理解肿瘤与ECM之间的动态相互作用，研究作者开发了3D体外系统，在其中可以检查不同的ECM成分并确定其对肿瘤发展的贡献以及肿瘤对药物治疗的反应。

该研究集中在两种常见的脑肿瘤类型上，它们的预后特别差-室膜膜瘤(发生在幼儿中)和成人胶质母细胞瘤(在成年人中，诊断后的中位生存期为1-2年)。在一项重要的进步中，这项研究中包含ECM的3D矩阵允许直接从患者身上获取和研究原代肿瘤细胞的繁殖和研究，并使它们在更类似于大脑的环境中生长。先前的研究在没有ECM的3D支架或球体上检查了已建立的肿瘤细胞系-不一定是感兴趣的肿瘤，或者将细胞以二维(铺层)展开，从而引发了在自然环境中未见的细胞行为

“该平台的强大之处在于，我们可以调整ECM的组成，以找出每种成分在肿瘤生长中的作用，并且可以看到对直接源自患者的肿瘤细胞的作用，” Stern Family的David Kaplan说。塔夫茨工程学院生物医学工程系系主任，工程学教授，萨克勒生物医学研究生院计划教授。“另一个重要的特征是，我们可以通过Irene Georgakoudi小组对该项目的贡献，利用非侵入性双光子激发荧光代谢成像来跟踪细胞的3D生长。换句话说，我们可以使用非侵入性成像来评估是否它们是实时可行的并且正在成长，或者压力和死亡。”

在这项研究中发现的发现中，在3D培养中，胎儿ECM含有较高水平的胶原蛋白，HA和某些CSPG，在支持肿瘤生长方面比成年ECM更好(胎儿和成年ECM均来自猪脑)。研究人员说，该结果与脑癌倾向于改变ECM的观念相关，因此其成分变得更像“胎儿”以支持其生长。

另一个关键发现是成年胶质母细胞瘤细胞释放的脂质(脂肪)液滴的出现，这可能有助于降低许多胶质母细胞瘤细胞的药物敏感性(可能是通过吸收药物)。这可能与3D组织模型和患者的不良生存有关。在进行这些实验之前，尚未在体外观察到液滴，这表明该模型是研究实验室中脑肿瘤行为的强大系统。作为神经科学，疾病与工程计划(INSciDE)的一部分，作者们共同努力应用工程解决方案(在这种情况下，开发基于3D丝绸的矩阵)来改善大脑的研究。 @Tufts)。

“通过该平台，我们有潜力更好地了解决定脑肿瘤的侵袭行为的因素，并筛选药物对患者衍生细胞的肿瘤生长的影响，”卡普兰实验室的研究生，该论文的第一作者Disha Sood说。研究。“尽管这是一个初步的概念，但是能够维持患者源性肿瘤细胞的可行培养并通过无创代谢对其进行代谢跟踪的能力，提示了随着时间的推移监视细胞行为和药物敏感性的可能性，从而为治疗决策提供依据。”

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