仿生3D微生理系统揭示脑组织生物力学特性下周细胞诱导的胶质母细胞瘤替莫唑胺耐药机制

本研究针对胶质母细胞瘤(GBM)替莫唑胺(TMZ)耐药机制不明的问题，开发了模拟脑组织生物力学特性(G’～800Pa, G”～100Pa)的3D微生理系统，首次证实周细胞通过CCL5(chemokine ligand 5)介导的通路使GBM细胞系(PDM140/LN229/U87)的TMZ耐药性提升22.1%-32.5%，为靶向CCL5-CCR5旁分泌轴的新型治疗方案提供了精准研究平台。

　　

胶质母细胞瘤(GBM)是最具侵袭性的脑肿瘤，患者五年生存率不足5%，其治疗瓶颈主要在于标准化疗药物替莫唑胺(TMZ)的普遍耐药性。虽然已知O⁶-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)等DNA修复机制参与其中，但肿瘤微环境(TME)中周细胞(pericyte)的作用始终成谜。传统2D培养无法模拟脑组织特有的生物力学特性(G’～800Pa, G”～100Pa)，而动物模型又存在种属差异，这促使研究人员开发更仿生的研究平台。

为解决这一难题，研究人员构建了基于明胶甲基丙烯酰(GelMA)和透明质酸甲基丙烯酸酯(HAMA)的复合水凝胶3D微生理系统(MPS)，精确复现了脑组织的流变学特性。该系统成功培养GBM细胞球(PDM140/LN229/U87)与周细胞共培养14天，并检测到TMZ处理后周细胞CCL5表达激增160倍。通过比较单独培养与共培养体系的药物敏感性，发现周细胞可使不同GBM细胞系的存活率提升22.1%-32.5%，其中PDM140的IC₅₀从73μM显著升高。

关键技术包括：(1)优化GelMA/HAMA配比(5%GelMA/2%HAMA等)实现脑组织力学模拟；(2)核磁共振(NMR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料；(3)建立三细胞系+原代周细胞的共培养体系；(4)7天梯度TMZ处理结合活力检测。

GelMA合成
通过甲丙烯酸酐(MAA)修饰猪源明胶，形成可光交联的GelMA基质，为3D培养提供生物相容性支架。

水凝胶表征
5G/2H配比的复合水凝胶最接近脑组织力学参数(G’=812±34Pa, G”=97±8Pa)，能有效支持细胞增殖和细胞间相互作用。

讨论
该研究首次在力学仿生的3D环境中证实周细胞通过CCL5-CCR5旁分泌轴介导TMZ耐药，突破了传统模型无法模拟细胞-基质互作的局限。PDM140对TMZ最敏感(IC₅₀=73μM)，而U87最耐药(IC₅₀=446μM)的发现，为个性化治疗提供了参考依据。

结论
这项发表于《Acta Biomaterialia》的研究创建了首个整合生物力学与多细胞互作的GBM微生理模型，不仅揭示了CCL5通路在耐药中的核心作用，更为开发靶向TME的联合疗法提供了变革性平台。作者Surjendu Maity等强调，该体系可替代动物实验进行高效药物筛选，对降低医疗成本、加速靶向CCL5药物研发具有重大意义。