《Lab on a Chip》：A tumor spheroid array chip for high-fidelity evaluation of liposomal drug delivery through the EPR effect
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本刊推荐：该研究开发了一种可灌注的高通量肿瘤球体阵列芯片（TSA-Chip），通过动态共培养肿瘤球体与血管网络，成功模拟肿瘤微环境（TME）的复杂结构。该平台实现了纳米颗粒运输、治疗反应和血管重塑的实时可视化分析，证实脂质体5-氟尿嘧啶（5-FU）通过EPR效应实现肿瘤选择性积累，并首次在体外模型中观察到血管修剪与屏障正常化现象。该芯片为精准肿瘤学研究提供了生理相关性强的高通量筛选工具。
肿瘤球体阵列芯片的开发与验证
传统二维（2D）培养系统难以复现肿瘤微环境（TME）的结构和功能复杂性，限制了其在临床前药物评估中的应用。本研究推出了一种可灌注的高通量微流体肿瘤球体阵列芯片（TSA-Chip），该芯片支持在可灌注条件下动态共培养肿瘤球体和血管网络。该平台能够实时可视化和定量分析纳米颗粒运输、治疗反应及血管重塑。
通过荧光脂质体追踪，研究人员观察到类似增强渗透和滞留（EPR）效应的肿瘤选择性积累现象，这在2D或无肿瘤模型中并未出现。脂质体5-氟尿嘧啶（5-FU）诱导了局部细胞毒性及瘤周血管修剪，同时保持了整体血管完整性。此外，与Cyramza?（ramucirumab）的联合治疗增强了肿瘤抑制和屏障正常化效果。与常规模型相比，TSA-Chip以可扩展且生理相关的形式，为评估纳米载体递送和联合疗法效果提供了强大的分析能力。
材料与方法
脂质体5-FU的制备采用薄膜水化法，结合超声处理和膜挤出技术。将1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DMPC）与胆固醇按60:40的摩尔比溶解于氯仿，总脂质浓度为20 mM。通过氮气蒸发形成脂质薄膜，并在真空下干燥过夜。随后，使用含1 mM 5-FU的磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.4）在70°C水化40分钟，再经超声和0.22 μm滤膜挤出，最终通过透析去除未包封药物。
TSA-Chip的设计与制造基于先前开发的高通量3D细胞培养技术，采用聚苯乙烯（PS）注塑成型。芯片经等离子处理以提高表面润湿性。细胞准备包括人脐静脉内皮细胞（HUVEC）、人肺成纤维细胞（LF）和结直肠癌细胞（HCT-116），均在标准条件下培养。
多细胞肿瘤球体通过将HCT-116细胞与LF和HUVEC依次共培养形成。将球体与HUVEC、LF及纤维蛋白水凝胶嵌入芯片中央通道，并注入凝血酶启动聚合。第2天，将HUVEC悬液注入侧通道以促进内皮衬里。通过调整液面高度差产生间质流。
可灌注性评估采用荧光微珠示踪法，而血管通透性则通过FITC-葡聚糖（20 kDa）扩散实验量化。药物治疗在培养第4天开始，持续24小时，包括脂质体5-FU（100 μM）和ramucirumab（10 μM）。免疫染色使用CD31、EpCAM和DAPI标记，图像通过ImageJ和自定义流程分析。
结果
TSA-Chip成功构建了可灌注的肿瘤微环境模型。在优化条件下（LF密度为2.0 × 106cells/mL），形成了互连的内皮网络，肿瘤球体被微血管包围，模拟了体内空间结构。脂质体5-FU的粒径为123.5 ± 29.2 nm，多分散指数（PDI）为0.2，包封效率达34.9%。
在TSA-Chip中，DiI标记的脂质体表现出肿瘤选择性积累，而在2D模型中分布均匀。肿瘤存在是积累的必要条件，证实了EPR样效应。脂质体5-FU治疗在TSA-Chip中显示出更高的细胞存活率，表明脱靶毒性降低。共聚焦成像显示，治疗导致瘤周血管修剪，而FITC-葡聚糖实验表明脂质体5-FU能剂量依赖性地恢复屏障功能。
联合治疗实验中，脂质体5-FU与ramucirumab的组合表现出协同作用，显著减小肿瘤直径并抑制血管生成。定量分析显示，脂质体组在肿瘤抑制和血管保护方面均优于游离药物。
讨论
TSA-Chip通过整合可灌注血管网络和工程化肿瘤球体，实现了纳米药物在生理流动条件下的高分辨率评估。其创新点包括球体的同心共组装、脂质体运输的可视化以及联合疗法的评估。该平台能够区分肿瘤靶向细胞毒性和脱靶血管效应，为精准纳米医学提供了有力工具。
结论
TSA-Chip作为一种生物仿生3D微环境平台，支持纳米载体积累、治疗反应和血管重塑的实时分析。其能够模拟EPR效应，并验证脂质体5-FU在局部疗效和血管保护方面的优势，有望加速转化肿瘤学研究。
