基于脱细胞乳腺组织生物墨水的3D生物打印乳腺癌模型：研究癌症干性、侵袭性和药物疗效的新平台

本研究针对乳腺癌异质性和药物筛选难题，开发了基于脱细胞乳腺组织（TDM）和胶原I（Col1）的3D生物打印模型。通过构建包含肿瘤核心和间充质干细胞（hASCs）基质的仿生结构，揭示了TDM基生物墨水（TGAC）可增强癌细胞干性标志物（CD44/SOX9）、促侵袭因子（MMP2/CDH2）表达，并诱导hASCs向癌症相关成纤维细胞（CAFs）分化。该模型显著提升多柔比星耐药性（IC50达161.7 μM），为肿瘤微环境（TME）研究和药物开发提供更生理相关的体外平台。

　　

乳腺癌作为高度异质性的恶性肿瘤，其复杂的肿瘤微环境（TME）包含癌细胞、间质细胞和细胞外基质（ECM）的动态互作，共同驱动疾病进展和治疗抵抗。传统2D培养和单一胶原（Col1）水凝胶模型难以模拟体内病理特征，而脱细胞组织基质（TDM）因其保留天然ECM成分的特性，成为构建仿生模型的新选择。

针对这一挑战，西班牙巴塞罗那科学技术研究院（Institute for Bioengineering of Catalonia, IBEC）的Barbara Blanco-Fernandez团队开发了基于猪源脱细胞乳腺组织（TDM）的生物墨水，结合明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）和藻酸盐，通过3D生物打印构建了包含三阴性乳腺癌细胞（MDA-MB-231）和人脂肪间充质干细胞（hASCs）的分层肿瘤模型。该研究发表于《Acta Histochemica》，揭示了ECM组成和肿瘤结构对恶性行为的调控机制。

研究采用三大关键技术：1）猪乳腺组织脱细胞处理制备TDM生物墨水；2）光交联（405 nm）结合钙离子（CaCl₂）固化实现高精度生物打印；3）构建"肿瘤核心-hASCs外层"的仿生结构。通过代谢活性（alamarBlue）、基因表达（RT-qPCR）和蛋白分泌（ELISA/zymography）等多维度评估细胞行为。

3.1 BCC增殖与代谢活性
TGAC（含1.5 mg/mL Col1）使MDA-MB-231代谢活性提升2.5倍（vs TGA），与Col1对照组相当，但未显著改变增殖速率（dsDNA定量）。核形态分析显示TGA组细胞核更易变形（圆度0.42 vs TGAC 0.57），暗示迁移潜能差异。

3.3 TDM促进癌细胞侵袭
嵌入TGA的肿瘤球体3天即出现侵袭，而TGAC延迟至7天。后者伴随更高MMP2分泌（较TGA增加1.8倍）和间质标志物（CDH2/VIM）上调，EMT转录因子Twist/Snail表达显著增强，提示Col1通过EGFR/STAT3通路（非TGF-β）驱动侵袭。

3.4 干性特征强化
两组生物墨水均维持高CD44+细胞比例（>80%），但干性核心基因（NANOG/POU5F1/SOX9）在TGA中表达更高（较2D提升15-30倍），Col1补充未显示协同效应。

3.6 hASCs向CAFs分化
共培养模型中，TGAC诱导hASCs高表达α-SMA（较TGA增加2.3倍）和COL1A1，形成促纤维化微环境。这种分化与机械信号（4 kPa刚度）而非可溶性因子相关。

3.7 耐药性显著提升
单培养时TGA/TGAC的IC₅₀为8.77-9.94 μM（2D仅0.024 μM）；加入hASCs后，TGAC耐药性激增17倍（IC₅₀ 161.7 μM），与ABCC1/ABCG2转运体上调相关。

该研究创新性地证实：1）TDM生物墨水通过保留天然ECM组分（如糖胺聚糖）模拟促恶性微环境；2）Col1补充主要增强代谢重编程而非干性维持；3）hASCs-CAFs转化是耐药关键因素。这种整合ECM仿生与结构仿真的模型，为研究肿瘤-基质互作提供了新工具，其预测性优于传统Col1水凝胶，在个性化药物筛选中具有重要转化价值。未来可拓展至患者来源细胞和免疫组分共培养，进一步逼近临床复杂性。