3D 打印 β- 磷酸三鈣支架構(gòu)建骨肉瘤仿生微環(huán)境的體外模型：理化特性與轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究

來源：EFL生物3D打印與生物制造

當(dāng)前骨肉瘤研究的臨床前模型面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)二維細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物模型難以模擬體內(nèi)腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性，導(dǎo)致藥物篩選 translatability（轉(zhuǎn)化相關(guān)性）低。例如，平面培養(yǎng)無法體現(xiàn)骨組織的三維結(jié)構(gòu)及細(xì)胞間相互作用，而動(dòng)物模型存在倫理限制且與人類生理環(huán)境差異顯著。此外，現(xiàn)有三維模型缺乏仿生骨基質(zhì)，難以準(zhǔn)確反映腫瘤-骨組織交互作用，如血管化不足、成骨細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞動(dòng)態(tài)互作機(jī)制不明。   

意大利東皮埃蒙特大學(xué)Lia Rimondini教授與芬蘭坦佩雷大學(xué)Jonathan Massera教授團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了3D打印β-磷酸三鈣（β-TCP）支架，構(gòu)建仿生骨環(huán)境的骨肉瘤體外模型。該支架通過低溫?cái)D出打印結(jié)合燒結(jié)工藝，形成具有微米級(jí)孔隙（孔徑264±24 μm）和分級(jí)結(jié)構(gòu)的骨模擬基質(zhì)，支持成骨間充質(zhì)干細(xì)胞（pBMSCs）黏附并分泌細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）。通過三培養(yǎng)體系（骨肉瘤 spheroids、pBMSCs、內(nèi)皮細(xì)胞）結(jié)合動(dòng)態(tài)灌注，模型成功模擬腫瘤微環(huán)境的代謝活動(dòng)及藥物分布特性。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示，支架誘導(dǎo)pBMSCs表現(xiàn)出ECM組織相關(guān)基因表達(dá)，而非強(qiáng)烈成骨分化，證實(shí)其對(duì)天然骨微環(huán)境的仿生特性。   

相關(guān)工作以“3D-printed β-TCP scaffold as a bone-mimicking environment for an engineered model of osteosarcoma: In vitro properties and transcriptomic insights”為題發(fā)表在《Materials Today Bio》上。

圖1. – 三維體外骨肉瘤模型組裝示意圖。

圖 3. – a、b 和 c：通過掃描電子顯微鏡（SEM，a 和 b）和顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描（μCT，c）觀察到的 3D 打印 β-TCP 支架的微觀結(jié)構(gòu)。

研究?jī)?nèi)容
1. 3D打印β-TCP支架制備：低溫?cái)D出打印結(jié)合燒結(jié)，形成分級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)（宏觀孔徑264±24 μm，微觀6.03–31.13 μm），力學(xué)性能接近松質(zhì)骨（楊氏模量11.17±2.90 MPa）。   

2. 多細(xì)胞共培養(yǎng)模型：整合骨肉瘤spheroids、pBMSCs、內(nèi)皮細(xì)胞，動(dòng)態(tài)灌注提升代謝活性，模擬腫瘤-骨-血管交互微環(huán)境。   

3. 轉(zhuǎn)錄組學(xué)機(jī)制：pBMSCs在支架上激活ECM組織與黏附通路，而非成骨分化，證實(shí)物理微環(huán)境調(diào)控細(xì)胞行為。   

4. 藥物毒性評(píng)估：三培養(yǎng)模型中阿霉素積累量較單培養(yǎng)降低80%，ECM屏障模擬體內(nèi)藥物擴(kuò)散限制。   

5. 血管化與降解：β-TCP抑制內(nèi)皮網(wǎng)絡(luò)形成，動(dòng)態(tài)灌注加速鈣磷離子釋放，降解與微環(huán)境pH相關(guān)。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101766