Advanced Science | 上海大学王永涛/河南科技大学张英剑构建三维生物支架平台，用于抗癌药物筛选和免疫治疗

2D细胞培养在癌症进展和药物发现研究中占有重要地位。然而，其对体内肿瘤“真实生物学”的模拟程度有限。3D肿瘤培养系统可以更好地模拟肿瘤特性以应用于抗癌药物的发现，但其构建仍面临巨大挑战。

2023年7月9日，上海大学王永涛及河南科技大学张英剑共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“A PDA-Functionalized 3D Lung Scaffold Bioplatform to Construct Complicated Breast Tumor Microenvironment for Anticancer Drug Screening and Immunotherapy”的研究论文，该研究设计了聚多巴胺（PDA）修饰的脱细胞肺支架，可作为研究肿瘤进展、筛选抗癌药物以及模拟肿瘤微环境的功能性生物系统。PDA修饰的支架具有很强的亲水性和优异的细胞相容性，可促进细胞生长和增殖。

经5-FU、顺铂和DOX处理96h后，与未修饰支架和2D系统相比，PDA修饰支架的存活率更高。E粘附形成、HIF-1α介导的衰老减少和肿瘤干性增强可增强乳腺癌细胞耐药性并推动抗肿瘤药物的筛选。此外，CD45+/CD3+/CD4+/CD8+ T细胞在PDA修饰支架中的存活率更高，可用于潜在的癌症免疫治疗药物筛选。这一PDA修饰的肿瘤生物系统将为研究肿瘤进展、克服肿瘤耐药性和筛选肿瘤免疫治疗药物提供一些有效信息。

由于二维肿瘤培养系统与人体病理生理状态的弱相互作用，抗癌药物筛选试验普遍效率低下。与化疗相比，肿瘤免疫治疗主要利用细胞毒性T细胞特异性识别和杀伤肿瘤细胞。建立一个融合多种免疫细胞和基质细胞群的系统对构建复杂的肿瘤微环境至关重要。然而，2D细胞培养系统在模拟肿瘤微环境方面存在一些不可避免的缺陷，如细胞单层限制、网络结构不完善、空间分布受限等。相比之下，3D模型可以弥补这些缺陷，并模拟复杂的肿瘤微环境以突出肿瘤细胞与细胞外基质（ECM）之间的生物反应关系，在肿瘤免疫治疗领域受到越来越多的关注。

基于先进功能生物材料的3D生物工程肿瘤模型是以天然材料或合成化合物为原料，通过一些独特的技术设计并建立的。尽管聚己内酯（PCL）、聚乳酸-乙醇酸（PLGA）和聚乳酸（PLA等合成化合物可以用化学方法修饰并模拟复杂的肿瘤微环境，但因固有的细胞靶向附着锚缺陷，合成支架细胞粘附能力低且可能导致细胞丧失自身功能。另一方面，天然生物材料主要包括胶原蛋白、海藻酸盐和透明质酸，能够避免上述生物现象的影响，以其固有成分和结构实现有效的细胞粘附。但因天然成分构建的支架的机械性能差，其临床应用受到极大限制。

脱细胞基质具有优良的生物力学特性和完整的细胞外基质结构，可有效模拟肿瘤微环境。肺支架上肿瘤细胞的基因表达模式显示出与发生预后不良的肿瘤患者的检测结果相似。脱细胞肿瘤ECM通过光氧化交联反应合成了一种肿瘤工程支架，表现出较强的细胞分裂能力，增强了细胞因子分泌和迁移/侵袭能力。脱细胞ECM的仿生空间排列和生物力学属性引人注目，在模拟肿瘤微环境模型中肿瘤转移和复发的潜力巨大。因此，脱细胞天然基质作为肿瘤模型将为肿瘤免疫治疗和抗肿瘤药物筛选试验提供一种新途径。

构建PDA功能化3D肺支架生物平台模拟乳腺肿瘤微环境用于抗癌药物筛选和免疫治疗（摘自Advanced Science ）

聚多巴胺（PDA）是一种类似黑色素的生物聚合物，通过多巴胺（DA）在碱性条件下的氧化聚合，极易修饰到有机和无机基质上。PDA涂层具有多功能性和生物相容性。更重要的是，基于PDA的生物材料还可以在制备药物递送载体和修饰聚合物支架方面发挥重要作用，应用于骨骼或肌肉再生、神经形成和血管发育等方面。因此，PDA修饰的生物功能性3D支架在生物医学工程和抗肿瘤免疫药物筛选方面潜力巨大。为弥补天然3D支架的缺陷，该研究设计了一个PDA功能化的3D肺支架生物平台以构建复杂的乳腺肿瘤微环境，用于抗癌药物的筛选和免疫治疗。

通过PDA修饰脱细胞猪肺组织，合成了与人类系统相似的3D器官肿瘤生物系统，该支架具有良好的吸水性、亲水性、生物相容性和细胞黏附性。从肿瘤组织中收集单细胞悬液，在PDA修饰的支架上培养，CD45+/CD3+/CD4+/CD8+ T细胞存活72 h以上，具有监测抗肿瘤免疫药物筛选的潜力。此外，作者在PDA修饰支架上系统研究了细胞生长、增殖和对不同化疗药物的反应机制。因此，PDA修饰的支架有望为抗肿瘤免疫药物的筛选提供一个良好的平台。

参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302855

转自：“iNature”微信公众号

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