腦腫瘤微環境 3D 模型誕生 非侵入性監測藥物作用

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腫瘤微環境(tumor microenvironment, TME)為近年來最熱門的腫瘤治療研究領域之一,TME 不僅有癌細胞,還包括細胞外基質(extracellular matrix)、正常的原組織細胞、纖維母細胞、血管、免疫細胞等,錯綜複雜的交錯在一起。癌細胞在 TME 可偽裝成正常細胞、表現可抑制免疫細胞攻擊的配體(ligand),釋放細胞激素壓抑免疫反應、躲在正常的纖維母細胞或組織細胞之中、或產生新突變減弱抗癌藥物功效等。因此,若能了解腫瘤微環境的運作,就能解決抗癌藥物抗藥性以逆轉戰局。

近日,塔夫斯大學(Tufts University)研究團隊於《Nature Communications》發表一篇文章指出,他們建立出能模擬小兒和成人腦癌的腫瘤微環境 3D 人類組織培養模型,包含腦源性ECM。這是腦腫瘤生物學和藥理學反應的重要一步。

該研究團隊從腦癌病人身上獲取原代癌細胞,隨後使癌細胞和其他細胞生長在 包含 ECM 3D 晶片上,並使它們在類似於大腦的環境中生長。他們能調整 ECM 的組成,以找出每種物質或細胞在腫瘤生長中的作用,並且能看到對直接源自病人的腫瘤細胞的作用。另一個重要的突破是利用非侵入性雙光子激發螢光代謝成像來追蹤細胞的 3D 生長、壓力狀態和死亡。

他們也發現,在 3D 培養中,胎兒ECM含有較高表現的膠原蛋白、透明質酸(hyaluronan, HA)和某些硫酸軟骨素蛋白聚醣(chondroitin sulfate proteoglycans, CSPG),支持胎兒腫瘤生長方面比成年 ECM 更好(胎兒和成年 ECM 均來自豬腦)。該結果與腦癌傾向於改變 ECM 的觀念相關,也就是成分變得更像“胎兒”以支持其生長。

此外,另一個關鍵發現是成年膠質母細胞瘤細胞釋放的脂質液滴,推測它們是透過吸收藥物,而有助於降低許多膠質母細胞瘤細胞的藥物敏感性,且與3D組織模型和患者的生存率不佳有關。另外,在進行這些實驗之前,尚未在體外觀察到液滴,這顯示該模型是腦腫瘤行為研究的強大系統。

該論文的第一作者 Disha Sood 提到,儘管這是一個初步的概念,但是能夠維持病人原發性腫瘤細胞的可行培養,並透過無侵入方式進行代謝追蹤,以及能即時監視細胞行為和藥物敏感性,進而為治療決策提供重要的參考依據。

延伸閱讀:解開實體腫瘤微環境的奧秘

參考資料:
1. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-12420-1
2. https://www.news-medical.net/news/20191004/Researchers-develop-3D-tissue-models-of-brain-tumors-in-a-brain-mimicking-microenvironment.aspx

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