MEDFORD / SOMERVILLE和马萨诸塞州波士顿（2019年10月4日）-塔夫茨大学领导的研究人员团队在模仿大脑的微环境中开发了小儿和成人脑癌的三维（3D）人类组织培养模型。在脑肿瘤生物学和药理学反应研究方面取得重大进展。该研究今天发表在《自然通讯》上。
研究人员创建了包括脑源性细胞外基质（ECM）在内的模型，该基质是蛋白质和氨基酸与天然存在于大脑中的结合糖形成的复杂网络。ECM不仅为周围的神经组织提供支持，而且还有助于指导细胞的生长和发育。ECM组成的改变与脑肿瘤的进展有关，这反过来又改变了肿瘤细胞中基因和蛋白质表达的模式。
较早的研究已经注意到肿瘤细胞与周围ECM之间的这种重要的双向相互作用，并观察到ECM中的蛋白质成分可以阻止或允许肿瘤细胞在脑中进一步扩散。为了更好地理解肿瘤与ECM之间的动态相互作用，研究作者开发了一个3D体外系统，在其中可以检查不同的ECM成分并确定其对肿瘤发展的贡献以及肿瘤对药物治疗的反应。
该研究集中在两种常见的脑肿瘤类型上，它们的预后特别差-室管膜瘤（发生在幼儿中）和成胶质细胞瘤（成年），其在诊断后的中位生存期为1-2年。在一项重要的进步中，这项研究中包含ECM的3D矩阵允许直接从患者身上获取和研究原代肿瘤细胞的繁殖和研究，并使它们在更类似于大脑的环境中生长。先前的研究在没有ECM的3D支架或球体上检查了已建立的肿瘤细胞系-不一定是目的肿瘤-或以二维方式（铺层）铺展了细胞，从而引发了在自然环境中未见的细胞行为
“该平台的强大之处在于，我们可以调整ECM的组成，以找出每种成分在肿瘤生长中的作用，并且可以看到对直接源自患者的肿瘤细胞的作用，” Stern Family的David Kaplan说。工程学教授，塔夫茨大学工程学院生物医学工程系系主任，萨克勒大学生物医学研究生院程序师。“另一个重要的特征是，我们可以通过Irene Georgakoudi团队在该项目上的贡献，利用非侵入性双光子激发荧光代谢成像来跟踪细胞的3D生长。换句话说，我们可以使用非侵入性成像来实时评估它们是否可行，正在生长，或处于压力和死亡状态。”
在这项研究揭示的发现中，胎儿ECM在3D培养中比成年ECM更好地支持肿瘤生长，其中胎儿，胶原蛋白和HA和某些CSPG含量较高（胎儿和成年ECM均来自猪脑）。研究人员称，该结果与脑癌倾向于改变ECM的观念有关，因此其成分变得更像“胎儿”，以支持其生长。
另一个关键发现是成年胶质母细胞瘤细胞释放的脂质（脂肪）液滴的出现，这可能有助于降低许多胶质母细胞瘤细胞的药物敏感性（可能是通过吸收药物）。这可能与3D组织模型和患者的不良生存率相关。在进行这些实验之前，尚未在体外观察到液滴，这表明该模型是研究实验室中脑肿瘤行为的强大系统。作为神经科学，疾病与工程计划（INSciDE）的一部分，作者们共同努力应用工程解决方案（在本例中为开发基于3D丝绸的矩阵）来改善大脑研究。 @Tufts）。
Kaplan实验室的研究生和第一作者Disha Sood说：“有了这个平台，我们有潜力更好地了解决定脑肿瘤的侵袭行为的因素，并筛选药物对患者衍生细胞的肿瘤生长的影响。”研究。“尽管这是一个初步的概念，但是能够维持患者源性肿瘤细胞的可行培养并通过代谢方式无创地追踪它们的能力，暗示了有可能随时间监测细胞的行为和药物敏感性，从而为治疗决策提供依据。”
