微图案化琼脂糖平台：骨肉瘤球体生成、成像与药物筛选的创新解决方案

针对肿瘤球体培养系统中实时成像困难、处理响应评估不足等技术瓶颈，研究人员开发了一种基于3D打印模具的微图案化琼脂糖平台。该平台实现了球体生长固定、自动化高通量成像及多模态显微镜兼容性，成功应用于骨肉瘤球体的化疗药物筛选和细胞外基质抗原活体成像，为肿瘤研究提供了低成本、高精度的三维模型分析工具。

　　

在癌症研究与药物开发领域，三维肿瘤球体（Spheroids）因其能模拟肿瘤微环境的结构层次和化疗耐药性，已成为不可或缺的体外模型。然而，现有技术面临三大痛点：球体漂浮导致的高分辨率成像困难、自动化实时监测的缺失，以及传统多孔板造成的试剂浪费。这些限制严重阻碍了肿瘤动态行为研究和规模化药物筛选的效率。

针对这一挑战，来自意大利的研究团队在《Biomaterials Advances》发表了一项突破性研究。他们巧妙融合计算机辅助设计（CAD）、熔融沉积建模和软光刻技术，开发出尺寸与载玻片匹配的微图案化琼脂糖/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合平台。该创新装置不仅解决了球体固定与近场成像的兼容性问题，更首次实现了同一平台上球体培养、药物处理、活体共聚焦显微镜观察及代谢检测的全流程整合。

关键技术路线包含三大核心：1）通过3D打印陶瓷树脂模具制备含微结构的琼脂糖基底；2）设计PDMS外盒实现培养基密封与光学兼容；3）优化微腔结构使球体稳定悬浮于工作距离<10μm的范围内。研究选用化疗敏感的骨肉瘤（OS）球体验证平台性能，通过阿霉素梯度处理实验证实其可同步监测球体形态变化、细胞外基质（ECM）抗原表达及代谢活性。

设计开发微图案化平台

团队采用Autodesk Inventor设计具有阵列式微井的模具，通过熔融沉积建模（FDM）打印聚乳酸（PLA）母模，再转制为陶瓷树脂复制品。最终成型的琼脂糖平台具备152个锥形微腔，其45°侧壁倾斜角可引导细胞自组装成球。

骨肉瘤球体验证实验

在10μL微滴中培养的OS球体7日内直径达300±50μm。共聚焦显微镜下成功捕获活球体中纤维连接蛋白（Fibronectin）的荧光信号，分辨率达亚细胞级别。阿霉素处理组显示剂量依赖性球体解体，同时酸磷酸酶活性检测证实该平台兼容微量（20μL）试剂操作。

多模态成像兼容性

平台适配标准显微镜、共聚焦及双光子成像系统。使用63倍油镜时，球体中心与物镜间距仅5μm，显著优于传统多孔板的毫米级工作距离。这种"零距离"成像特性使研究者首次观察到活球体内部ECM的时空动态分布。

在讨论环节，作者强调该平台的革命性在于将"培养-观测-检测"三大功能集成于邮票大小的琼脂糖基底。相较于商品化超低吸附板，其试剂消耗量降低90%，且避免频繁换液导致的球体丢失。尤为重要的是，微结构设计使球体始终处于最佳成像焦平面，为长期追踪化疗耐药相关标志物表达谱演变提供了可能。

这项研究为肿瘤微环境研究树立了新标准。其模块化设计理念可拓展至其他 hydrogel 材料如明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）或聚乙二醇（PEG），未来或将成为个性化医疗中药物敏感性测试的标准化工具。正如通讯作者Nicola Baldini指出，该技术突破不仅解决了三维模型成像的技术瓶颈，更开辟了同时研究肿瘤物理屏障与生化微环境互作的新维度。