基于人iPSC神经球高通量成像平台揭示胶质母细胞瘤侵袭机制及药物敏感性研究

《Scientific Reports》：A human iPSC-based neural spheroid platform for modelling glioblastoma infiltration using high-content imaging

本研究针对胶质母细胞瘤(GBM)侵袭性强、易复发的临床难题，开发了人iPSC来源神经球与患者来源GBM细胞共培养模型。通过高内涵成像技术发现GBM细胞沿轴突定向迁移并侵入神经球，筛选出PF-573228(FAK抑制剂)和Motixafortide(CXCR4抑制剂)可特异性抑制不同GBM细胞系的侵袭，结合转录组分析揭示了侵袭表型与药物敏感性的分子关联，为个性化治疗提供了新策略。

　　

在大脑深处潜伏着一种极具侵袭性的敌人——胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM），作为最常见的成人恶性脑瘤，它如同藤蔓般在脑组织中疯狂渗透。尽管采取手术切除联合替莫唑胺化疗的标准方案，患者中位生存期仍仅12-15个月。究竟是什么让GBM如此顽固？答案隐藏在其高度异质性的肿瘤细胞群体中，特别是具有干细胞特性的胶质瘤干细胞（Glioma Stem-like Cells，GSCs），它们不仅能自我更新和分化，更擅长沿着脑血管和神经纤维束“悄悄迁移”，逃避治疗打击，导致肿瘤复发。然而，传统二维细胞培养难以模拟大脑复杂的三维环境，而动物模型又存在物种差异，亟需能够真实再现人脑微环境及GBM侵袭行为的新型实验平台。

为此，研究团队在《Scientific Reports》上发表了创新性研究，构建了人诱导多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells，iPSC）来源的皮质样神经球模型，模拟大脑皮层结构，并与患者来源的GBM细胞共培养，结合高内涵成像技术，首次在体外定量揭示了GBM细胞沿轴突定向迁移及侵入神经球的动态过程，并筛选出具有潜力的抗侵袭药物。

研究采用了几项关键技术：通过NGN2转录因子诱导iPSC分化为兴奋性神经元并自组装形成形态均一的神经球；利用患者来源的GBM细胞系（包括初治肿瘤来源的GBM1和经放化疗复发肿瘤来源的GBM20）及非癌性神经干细胞NS17作为对照；应用定量相位成像（Livecyte系统）进行活细胞动态追踪和高内涵成像系统（Operetta CLS）进行终点分析；采用18种针对细胞骨架、激酶信号和轴突导向通路的抑制剂进行药物筛选；并通过批量RNA测序（RNA sequencing）解析GBM细胞系的转录组差异。

Characterisation of iPSC-derived cortical neural spheroid

研究首先证实了iPSC分化的神经球具有高度一致性，平均直径351±7μm，圆形度接近1，免疫荧光显示轴突标志物Tubb3阳性，为后续实验提供了标准化平台。

Patient-derived GB cells migrate along axons toward the neural spheroid in vitro

活细胞成像显示，GBM1、GBM20及NS17细胞在轴突存在时均出现沿水平方向的定向迁移（水平偏好指数HPI显著增加），且GBM1细胞迁移速度提升，表明轴突为GBM细胞提供了导向性迁移路径。

GB cells exhibit cell line-specific infiltration in neural spheroid co-culture

终点成像分析发现，GBM细胞侵入神经球的数量随时间显著增加，且GBM1侵入能力最强，第3天Z因子达0.701，表明该时间点最适合区分解剖表型，为高通量药物筛选奠定基础。

GB and neural spheroid co-cultures enable the identification of tumour-specific infiltration inhibitors

药物筛选结果显示，GBM20侵袭可被FAK抑制剂PF-573228特异性抑制，而GBM1则对CXCR4拮抗剂Motixafortide敏感，且药物处理未引起细胞毒性，证实抑制效果特异于侵袭过程。

GBM20 and GBM1 exhibit distinct transcriptomic signatures that align with differential drug sensitivities

转录组分析揭示了两细胞系的分子差异：GBM1高表达CXCL12等与趋化因子信号相关的基因，富集在活性氧（ROS）通路；GBM20则上调SRC基因，富集在细胞迁移/FAK通路，与其药物敏感性相吻合。

研究结论强调，该iPSC神经球共培养模型成功模拟了GBM沿轴突侵袭的关键病理行为，并展现出区分不同患者来源细胞系侵袭特性及药物敏感性的能力。通过整合高内涵成像、药物筛选和转录组分析，不仅揭示了GBM侵袭的异质性机制，还为个性化抗侵袭治疗提供了可扩展的临床前工具。这一平台有望减少对动物模型的依赖，推动基于人类特异性微环境的GBM研究，为攻克这种致命肿瘤带来新希望。