全息声镊介导的肝癌球体-肝胆类器官转移模型构建及其在酒精性肝病微环境研究中的应用

本研究创新性地开发基于全息声镊（HAT）的类器官-球体在线组装平台（OSOAP），构建了精准可靠的肝癌转移模型。通过hiPSCs分化获得具有肝胆双重功能的类器官（HBOs），结合声场参数优化（24V/0.662MPa）确保生物安全性，成功模拟单灶/多灶肝癌转移过程。模型证实乙醇处理的HBOs中肝癌球体浸润增强，为研究癌症转移机制及酒精性肝病（ALD）微环境交互提供了全新平台。

　　

全息声镊技术实现肝癌转移模型的精准构建

肝脏癌症球体展现强声学响应特性
研究团队首先利用3D细胞培养技术构建了表达绿色荧光蛋白（GFP）的HuH-7肝癌球体，通过透明化技术确认其致密无腔结构。借助COMSOL软件模拟发现，在1.6λ对称涡旋场、3.8λ对称涡旋场等不同声场中，肝癌球体受到的声辐射力始终从强场指向弱场。实际测量显示，对称涡旋场被强场环绕，而非对称涡旋场仅在能量较高侧形成强场。通过定制化复合声场，研究者成功实现肝癌球体沿预设轨迹（如十字路径）的精确运动，为后续组装奠定基础。

hiPSCs成功分化为功能性肝胆类器官
采用分阶段诱导策略，将人诱导多能干细胞（hiPSCs）分化为具有肝胆双重特性的类器官（HBOs）。分化第4天细胞表达SOX17/FOXA2等早期胚胎标记物，第9天表达AFP/HNF4α等肝系标记，至第35天形成具有胆管结构（CK19阳性）和肝细胞功能（ALB阳性）的成熟类器官。Western blot显示OCT4表达逐渐降低，而AFP/CK19在第35天达峰值。功能验证表明HBOs具备ICG摄取释放、糖原储存（PAS染色）、脂滴积累（ORO染色）及尿素分泌等肝脏特性，同时ALP染色证实其胆管功能。

三维声场生物安全性评估
通过免疫荧光和RNA测序多维度评估声场参数对HBOs和肝癌球体的影响。研究发现当电压超过30V时，HBOs出现显著凋亡（CASP3阳性），36V电压导致50%细胞凋亡。RNA测序显示24V/2%占空比参数（声压0.662MPa）对细胞最安全，而36V会激活炎症反应（IL-17/TNF通路）并抑制线粒体基因表达等生长相关通路。该结果为声学操控提供了关键参数标准。

类器官-球体在线组装平台（OSOAP）的建立
整合声镊系统、细胞培养系统和三维位移平台，开发出OSOAP平台。利用1.6λ涡旋场精确定位肝癌球体，通过增大涡旋场孔径（如切换至3.8λ）确保球体与类器官充分接触。免疫荧光证实组装后HBOs仍保持ALB/CK19表达，但多灶模型中中央区域凋亡增加（缺氧导致）。定量分析显示多灶模型的浸润距离和面积显著大于单灶模型，与临床晚期肝癌特征相符。RNA测序发现模型组中癌症转移相关基因（如PI3K/AKT/mTOR通路）显著上调，与动物模型基因部分重叠。

酒精性肝病模型的构建与验证
用100mM乙醇处理HBOs 7天成功构建ALD模型，表现为脂肪变性（尼罗红染色阳性）、纤维化（Masson/天狼星红染色增加）和炎症因子（IL-6/TNF-α）分泌增强。RNA测序显示ALD组胶原基因（COL8A2/COL21A1）和促炎基因（IL6R/CXCL1）上调，而抗炎基因（IL-4R）下调。将肝癌球体与ALD-HBOs组装后发现，相较于正常HBOs，乙醇处理组的浸润距离增加40%，且类器官空间结构破坏更显著，印证了临床中ALD患者肝癌高发的现象。

技术优势与应用前景
该研究突破传统组装方法的选择性差、毒性大等局限，通过非侵入式声辐射力实现精准操控。模型既能模拟早期（单灶）和晚期（多灶）肝癌转移差异，又可研究不同肝病微环境（如ALD）对癌症进展的影响。未来通过优化阵列设计提升垂直方向操控精度，并引入免疫细胞共培养，将进一步完善模型仿生性。这项技术为癌症转移机制研究和个性化治疗策略开发提供了革新性平台。