一种微流控平台将微量药物输送到被称为“立方体”的小组织模型的活检中

这项研究工作由华盛顿大学生物工程系Folch实验室与人类生物学部Gujral实验室合作完成。

对特定患者完整的肿瘤样本进行功能性药物筛查是为每个患者确定最佳疗法的一种前景看好的方法。患者癌变组织活检对单类药物（或药物组合）的反应高度依赖于肿瘤微环境（TME），其中包括多种驻留和浸润的宿主细胞、分泌因子和细胞外基质蛋白等。但是，当前评估特定组织样本药物反应的技术，要求该组织样本局部或整个脱离肿瘤微环境，这通常会导致临床应用的药物不如预测效果好。比如，肿瘤球体模型在高通量药物筛选实验中获得了广泛应用。而该肿瘤球体是将细胞从患者组织切片中分离出来，在特殊的基质中培养，从而产生细胞与细胞、细胞与基质相互作用的3D多细胞球体。然而，这类肿瘤球体仅保留有限的肿瘤微环境，这就突出了对新型高通量药物筛选平台的需求。

据麦姆斯咨询报道，华盛顿大学（University of Washington，简称：UW）生物工程系Folch实验室与人类生物学部Gujral实验室合作，开发了一种微流控平台，可将微量药物输送到被称为“立方体”的小组织模型的活检中。在微流控装置中，该“立方体”通过含有分散孔的微通道流动，这些分散孔捕获立方体用于培养和多药物作用。研究小组最近在英国皇家化学学会（Royal Society of Chemistry）期刊Lab on a Chip上发表了一项使用该平台的概念验证研究。借助该平台，科学家们旨在简化直接在人体内的药物测试，以准确预测人体的药物反应，并缩短药物开发时间。首席研究员Albert Folch博士补充说：“我们已经展示了一种新的微型组织形式，它完整、形状规则且易于在多孔格中大量排列（可用于药物测试）。我们相信，这为未来绕过动物实验直接在人体中筛选药物（目前仍无法实现）提供了可能。”

微流控平台：可以在保存良好的微环境下对活组织的等尺寸微尺度“立方体”模型进行多药物测试（图片来源：Albert Folch博士）

该研究将小鼠肝脏活组织切片，并将胶质瘤细胞衍生的异种移植瘤切成400 μm × 400 μm × 400 μm大小相同的数千个立方体状切片，形成“立方体”组织模型。该“立方体”的尺寸在保存肿瘤微环境方面足够大，在维持营养输送和活性方面又足够小，以确保其在微流控设置中适当流动。“立方体”的小尺寸允许最大限度使用小型临床样本，这些样本通常很难获得，并且有多种用途（包括诊断性组织学检查、免疫组织化学和分子研究等）。为了验证“立方体”的完整性和活性，研究人员用开顶式光片（OTLS）显微镜对固定和光学透明化肝脏“立方体”的3D组织微环境进行了可视化观察。他们在肝脏、血管和肝脏特异性结构中识别出不同的细胞类型，证明了组织样本的完整性。此外，通过免疫染色检查的胶质瘤“立方体”显示出持续的增殖，最小的细胞死亡以及内皮细胞和免疫细胞的存活，证明了“立方体”的活性和功能性。

最后，研究人员利用胶质瘤“立方体”模型，评估了不同浓度顺铂（一种细胞毒性化疗药物）的效果。经过两天的治疗，在大部分浓度的测试中观察到明显的细胞死亡（相对于未处理的立方体），这突出了该系统在药物测试中的实用性。综上所述，该研究将肿瘤“立方体”的显微解剖与微流控相结合，能够在完整组织中更好地保护组织微环境，以进行药物测试。Folch博士分享了使用这种“立方体”模型平台的未来发展方向：“我们正在准备更大吞吐量的平台（如384孔平台），可以捕获并容纳从每个微小肿瘤获得的大量‘立方体’。我们了解过很多关于肿瘤球体及有机技术的设想——在某种意义上说，我们的‘立方体’模型是‘新一代球体模型’，因为该‘立方体’是直接从患者体内取出的，没有对肿瘤微环境造成任何重大破坏，因此我们相信我们可以准确地重现药物和肿瘤的相互作用。”

该研究得到了美国国家癌症研究所（National Cancer Institute）的资助，朱诺医疗（Juno Therapeutics）的试点拨款，华盛顿大学CoMotion的创新资助。其它资助者或资助奖项有：香港研究资助局（Hong Kong Research Grant Council）、墨西哥科技理事会（Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología）的国际学者奖、美国国防部（Department of Defense）的前列腺癌研究项目（Prostate Cancer Research Program）以及美国国家科学基金会（National Science Foundation）的研究生研究奖学金计划（Graduate Research Fellowship Program）。

美国Fred Hutch癌症研究中心和华盛顿大学癌症联盟成员Albert Folch、Robert Pierce和Taran Gujral对该项研究做出了贡献。

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