【3D必看系列】3D打印肿瘤球体实例
3D生物打印是一种新兴技术,可为再生医学和药物发现构建复杂且与生理相关的多细胞组织或疾病模型。生物墨水是3D打印中的基础材料,包括促进细胞发育和生长的材料,或装载形成组织的细胞材料。
近期,美国TheWell公司和佛罗里达农工大学团队合作,从生物墨水的流变特性、可打印性、与细胞相容性及抗癌药物敏感性等方面评估了从可调节水凝胶(VitroGel®)系统开发的一系列无异源、即用型生物墨水的可打印性。
VitroINK™即用型生物墨水
在室温下稳定。
与市场上多种流行的生物打印机兼容。
无需紫外线或热固化或化学交联即可进行打印。
细胞可以在水凝胶中预先混合,也可以使用双注射器系统直接与生物墨水混合。
生物墨水的流变性
流变测试中使用了H4生物墨水(TheWell, VitroINK 3D, INK01)和H4-RGD生物墨水(TheWell, VitroINK RGD, INK02)。制备两组样品: 第1组:不与细胞培养基混合的水凝胶;第2组:将水凝胶与DMEM-F12培养基以5∶1比例混合,在不同条件下测试弹性模量及粘度。
H4墨水和H4-RGD墨水水凝胶均显示出优异的流变性,H4-RGD水凝胶可在20~37°C较宽温度范围内打印,振荡流变学测量也显示出良好的可打印性。
▲H4和H4-RGD墨水的剪切稀化和快速恢复特性
A)-B)在25、37和40°C下,H4墨水和H4-RGD墨水在0.1至100%剪切应变下的剪切稀化;
C)-F) 在25°C和37°C的条件下,未与细胞培养基混合及与细胞培养基5∶1混合情况下H4墨水和H4-RGD墨水的重复剪切稀化和快速恢复特性。
可打印性和生物墨水细胞相容性
将水凝胶墨水装入3mL墨盒中,并连接至Bio-X打印机上的可控压力调节器,在培养皿上打印三层网格,并根据形状保真度,施加的挤出压力和印刷后的细胞活力评估可打印性。
墨水H4-RGD可以在较小的细胞破坏性挤出压力下打印,肿瘤细胞和正常细胞均可达90%以上的细胞活力。
A) 打印生物墨水所需的挤出压力;
B) MDA-MB-231 WT细胞的细胞活力测定;
C) 使用Calcein AM / Ethidium homodimer III染色进行活/死细胞分析。
将400μL细胞悬浮液(5 x106个细胞)均匀混合于2mLH4-RGD生物墨水中,装入打印机墨盒中打印。打印后,每个细胞系均覆盖500μL的类器官细胞培养基。在打印前和打印后不同天数分别测定细胞活力。
▲H4-RGD墨水的生物相容性
A) 用墨水H4-RGD培养15天后,PDX-NSCLC细胞的活力;
B) H4-RGD墨水在各种癌细胞中的生物相容性。
在3D打印的H4-RGD墨水支架中培养的NSCLC PDX (EGFR T790M)细胞,表现出较高增殖率,在7天内形成肿瘤微环境及球状体(直径500μm)。
▲在打印的H4-RGD墨水支架中3D细胞/球体生长
A) 7天内的球状体平均增殖/增长率;
B) 墨水H4-RGD支架内部球体的SEM图像;
C)在明场显微镜下观察7天内的球体图像,以及用NucBlue / Actin Green染色后的球体图像。
抗癌药敏感性评价
通过细胞毒性试验分析(P<0.001),3D打印细胞球体的IC50值比具有相同细胞数的2D对应细胞的IC50值高3~90倍,表明肿瘤的复杂性导致3D球体具有更高耐药性,对多西他赛,厄洛替尼和阿霉素等抗癌药物的敏感性降低。
▲多西他赛,厄洛替尼和阿霉素在MDA-MB-231 WT,PDX-NSCLC和HCC-B27细胞的2D单层和3D球体中的细胞毒性(IC50值)
结论
VitroINK在可打印性,形状保真度,流变参数,支架形态,细胞活力和快速球体形成方面展示出良好的生物墨水性能。
VitroINK系统直接利用细胞培养基进行维持打印支架的稳定性,有利于细胞生长和维持3D细胞支架的体内基质特征。
与非小细胞肺癌PDX、MDA-MB-231WT和HCC-B27细胞的2D单层细胞相比,3D球体对抗癌药物具有更强的耐药性。
3D生物打印,鉴于其跨学科特性,正加速发展,提供了很多机会和可能性,同时也有很多挑战在前方等着我们。抓住机会,迎接挑战,VitroINK已准备好,您准备好了吗?
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