赛箔合作|《Mater. Today Bio》生物3D打印肺癌体外模型

●模拟肺癌ECM特征首次通过生物3D打印构建具有不同力学性能的肺癌模型

本研究构建的3D模型能精准模拟肺癌组织和癌旁正常组织的界面结构与基质刚度。相比传统培养方式，3D培养显著改变肿瘤细胞转录谱，富集与肿瘤进展相关的基因，增强细胞-细胞、细胞-基质相互作用相关通路的活性，为研究肿瘤生物学提供了更接近体内环境的模型。

●揭示力学性能调控NSCLC肿瘤细胞侵袭性、药物敏感性

研究发现基质刚度对肺癌细胞的侵袭、增殖和药物敏感性有重要影响。软基质促进肺癌细胞的侵袭和增殖，硬基质则与化疗耐药相关。此外，还明确了CCN1基因在软基质中对肿瘤细胞迁移和增殖的关键调控作用。

●首次建立生物3D打印肺癌患者来源微肿瘤(PDT)模型并用于预测临床药效

PDT模型有效保留了临床样本的细胞异质性和分子特征，较好地反映肿瘤微环境。通过对PDT模型的研究，验证了生物3D打印模型在预测联合化疗和免疫治疗反应方面的潜力，为个性化治疗提供了有力支持。

NSCLC 细胞外基质(ECM)的理化性质表征及生物3D打印肺癌模型的构建：分析 17 对 NSCLC 组织和相应癌旁组织发现，肿瘤组织中存在 I 型胶原蛋白、透明质酸等多种成分，且肿瘤组织刚度高于癌旁组织，其刚度异质性与病理分化、TNM 分期等因素有关。基于这些特征，选用GelMA和HAMA制备生物墨水，构建了模拟不同分化程度肿瘤组织刚度的3D模型，细胞在模型中生长良好，证明了模型的生物相容性。

生物3D打印水凝胶培养富集肺癌细胞中与癌症相关的通路：对比 2D 和 3D 培养的 A549 细胞转录谱，发现 3D 培养显著改变了细胞的转录景观，3D 硬模型和软模型中均有大量与肿瘤进展相关的基因上调，如免疫调节、炎症、细胞增殖和肿瘤侵袭相关基因。GO和KEGG通路分析进一步证实，3D培养增强了细胞-细胞和细胞-基质相互作用相关通路的活性，凸显3D培养系统在模拟关键致癌过程中的重要性。

基质刚度调节生物3D打印肿瘤 - 癌旁模型中肺癌细胞的表型与药物敏感性：利用A549和H1975细胞系构建肿瘤 - 癌旁模型，研究发现软模型中A549细胞的侵袭和增殖能力更强，而 H1975细胞由于EGFR突变，对基质刚度的反应不明显。药物测试表明，H1975细胞对EGFR靶向药物更敏感，且软基质中的细胞对顺铂更敏感，揭示了基质刚度对药物疗效的调节作用。

肺癌细胞在3D硬模型和软模型中表现出不同的转录特征：对3D硬模型和软模型中培养的A549细胞进行转录组测序，发现两种模型中基因表达谱差异显著。硬模型中上调的基因与化疗耐药和脂质代谢相关，软模型中上调的基因多与增殖和侵袭有关，如CCN1基因。GO分析显示，硬模型中细胞的代谢活动增强，软模型中细胞的分裂和能量产生相关活动增强。

CCN1调节软模型中肺癌细胞的增殖和侵袭：在软模型中，CCN1基因表达上调。通过敲低CCN1表达发现，软模型中A549细胞的侵袭和增殖能力显著降低，细胞周期停滞在G0/G1期。而在硬模型中，敲低CCN1对细胞侵袭和增殖影响不明显，表明CCN1的调节功能依赖于ECM刚度。

肺癌患者来源组织（PDT）模型的建立和验证：从手术切除的肿瘤组织中分离原发性肺癌细胞，打印成具有软、硬特性的3D模型。PDT模型有效保留了肿瘤免疫微环境，且在基因层面能较好地重现原始肿瘤组织的特征。药物敏感性测试显示，多数PDT模型在软基质中对顺铂更敏感，但也存在患者间的异质性。

具有免疫微环境的 PDT 模型反映免疫治疗临床效果：以0240-JN患者样本构建 PDT 模型，并采用临床免疫治疗和化疗联合方案处理PDT模型。结果显示，PDT模型对联合治疗有明显反应，且与患者临床治疗结果一致，证明了PDT模型在评估治疗效果方面的有效性。