三维生物打印乳腺癌组织模型：精准药物敏感性测试的新突破

这篇研究通过建立标准化的三维（3D）生物打印乳腺癌肿瘤模型，系统比较了传统二维（2D）培养、球体培养及体内同源/异种移植模型的差异。研究发现3D生物打印模型能更精准模拟体内肿瘤形态和药物反应（如对Rapa/Doxo/Cis的敏感性），其蛋白分布（p-S6/p-AKT/Rictor等）和组织异质性与同源肿瘤高度一致，为个体化肿瘤治疗提供了优于PDX模型的新工具。

　　

Abstract

研究团队开发了一种基于患者肿瘤细胞的三维（3D）生物打印乳腺癌模型，通过双凝胶生物墨水（低粘度细胞凝胶与高粘度支架凝胶）构建肿瘤模拟结构（TMS）。该模型在形态学、蛋白表达谱（如E-cadherin/N-cadherin/CAIX）和药物反应（如对Rapamune的敏感性）方面显著优于传统2D培养和PDX模型，与BALB/c小鼠同源肿瘤的相似度高达90%，为临床前药物筛选提供了更精准的平台。

1 INTRODUCTION

乳腺癌作为女性第二大高发癌症，2022年全球新增230万病例。其异质性（包括TME差异和EMT过程）导致治疗响应难以预测。现有PDX模型存在免疫缺陷、耗时长（约6个月）等问题，而3D生物打印技术通过定制生物墨水（含6%藻酸盐+11%甲基纤维素）可快速构建保留原发肿瘤特性的模型，在胰腺癌等研究中已显示与患者疗效的高度相关性。

2 RESULTS

2.1 生物墨水流变特性

双凝胶系统在25-40°C呈现显著剪切稀化行为，其中支架凝胶（6%藻酸盐+11%甲基纤维素）在32°C时粘度下降50%，确保打印稳定性（图1）。温度调控使细胞凝胶（3%藻酸盐+1%明胶）的挤出压力低至20kPa，利于细胞存活。

2.2 模型形态与蛋白特征

3D-TMS培养7天后形成直径2.5mm的类肿瘤簇，H&E染色显示细胞紧密排列（图2B）。免疫组化证实其蛋白异质性：与2D培养相比，3D-TMS的p-AKT表达量增加3.2倍，E-cadherin空间分布更接近体内肿瘤（图3A）。WES定量显示Rictor蛋白水平与同源肿瘤无统计学差异（p>0.05）。

2.3 生长与致瘤性

Alamar Blue检测显示3D-TMS代谢活性在第10天达峰值（图4A）。值得注意的是，从体内肿瘤分离细胞重构建的TMS致瘤性更强，在BALB/c小鼠中成瘤时间缩短57%（图4D），但细胞倍增时间（75±2小时）仍长于2D培养（14小时）。

2.4 药物敏感性

关键发现：3D-TMS对Doxo的抗性与同源肿瘤一致，而SCID异种移植模型则出现假阳性敏感（图5-6）。Rapamune在3D-TMS和同源模型中均能抑制肿瘤生长（p<0.01），但2D培养对此药物完全不响应。

3 DISCUSSION

该研究突破在于：

1. 首创双凝胶生物打印系统，相比单凝胶方案提高细胞存活率30%
2. 首次证实3D-TMS可保留原发肿瘤的代谢特征（如PGC1α表达）
3. 揭示PDX模型因免疫缺陷导致的Doxo假阳性问题

局限性是目前仅测试了4T1细胞系，未来将拓展至患者来源样本。

4 CONCLUSION

3D生物打印乳腺癌模型在21天内即可完成药物测试，成本仅为PDX的1/5，且能模拟TME关键组分。该技术为个体化肿瘤治疗决策提供了高效平台，尤其适用于三阴性乳腺癌等缺乏靶向治疗方案的亚型。

5 EXPERIMENTAL/METHODS

技术亮点包括：

• 流变测试采用Kinexus Pro+旋转流变仪（剪切速率0.1-100 s^-1）
• 免疫分析使用ProteinSimple WES系统（12-230 kDa分离模块）
• 动物实验符合3R原则（每组n=5）

关键参数：药物浓度参照临床剂量（Doxo 50 ng mL^-1对应人体2 mg kg^-1），统计学采用ANOVA-Tukey检验（p<0.05为显著）。