3D Cell Culture Solutions: Emerging Trends in Cancer Therapy

肿瘤研究不断取得令人鼓舞的进展,新方法带来了宝贵见解,并推动研究向前发展。3D细胞培养就是其中一种能持续激发研究人员好奇心和兴趣的方法。

2022年美国癌症研究协会 (AACR) 年会上提出了肿瘤治疗的几个新趋势,英国威康桑格研究所 (Wellcome Sanger Institute) 总结出五个关键点:癌前阶段的早期诊断;靶向微环境;代表性不足群体的公平性和代表性;新型生物标志物评估;以及个性化治疗。有趣的是,每一个关键点都指向使用3D细胞培养技术的肿瘤模型作为解决方案。

康宁生命科学的高级应用科学家Hilary Sherman证实了这一点。她指出:“研究人员能够利用3D细胞培养技术构建出更具相关性的模型 (如类器官),相比2D培养,更能反映患者的真实情况。更好的模型有助于产生更好的数据,从而带来更好的治疗方案。”

什么是3D细胞培养?

大部分体外肿瘤模型都依赖于用传统2D细胞培养方法培养的永生化肿瘤细胞系。这种方法有其局限性,如无法重现肿瘤的几何形状,且往往不能充分反映肿瘤微环境。

在3D模型中,细胞呈簇状生长 (多细胞球),或者与其他细胞结合,形成近似正常组织结构的体外模型 (类器官)。更具生理学相关性的肿瘤模型包括器官芯片 (OoC) 结构,其通过将类器官与微流体技术相结合,复制出微型身体系统。3D细胞培养领域更一步的进展包括生物打印类器官,研究人员可以通过精确构建3D模型来复制活体组织。

该领域的最新进展有哪些?

近年来3D细胞培养技术取得了长足进步。Sherman表示,康宁目前可提供多种产品和技术资源,用于支持其在肿瘤研究中的应用。她说道:“尤其是我们的3D产品,我们提供多种支持3D细胞培养的产品,包括支架、无支架系统、天然水凝胶以及合成水凝胶。”

利用Corning® Matrigel® 基底膜基质、Elplasia® 多孔微腔培养板和Matribot® 生物打印机等工具和耗材可以轻松构建出高度一致的肿瘤模型,适用于高通量筛选。

上述所有产品均可支持多细胞球、类器官和组织模型培养,适用于基础肿瘤研究以及更复杂的应用和药物研发。

3D细胞培养如何应用于新的肿瘤研究?

Sherman认为,3D细胞培养非常适合用于研究肿瘤治疗的新趋势,因为它能够更准确地模拟体内环境。她对此解释道:“肿瘤研究中往往都想要尽可能生成最具生理学相关性的模型,以便更好地重现体内真实情况。”

客户的反馈让Sherman更加确信,3D细胞培养技术对新的肿瘤研究至关重要。她表示:“最让我感到惊奇的是,研究人员一次又一次地展示了患者活检组织与从中培养出的类器官之间组织学特征的相似性。目前还有许多论文表明,这些类器官在确定患者对治疗的反应方面具有很强的预测性。”

通过3D细胞培养获得的这种近似正常组织结构的肿瘤模型,能够表现出具有生理学相关性的行为。如今,新的肿瘤研究可以观察肿瘤在原位的行为,同时周围的支持细胞通常会影响肿瘤的生长、对药物的反应以及宿主免疫系统。此外,利用OoC技术,药物毒性筛选不仅可以显示对肿瘤的影响,还可以显示对其他身体系统 (如肝脏) 的影响。

Sherman还指出,相比传统的细胞培养方法,3D细胞培养可以节省时间和成本。她表示:“归根结底,这种工具既要能够帮助用户构建重现体内环境的最佳模型,又可以在可重复性、成本和通量方面满足实验要求。”

总而言之,3D细胞培养解决方案可以为2022年AACR提出的肿瘤治疗关键新兴趋势提供支持,即个性化医疗、早期诊断和生物标志物开发以及药物研发。

个性化医疗

通过使用患者来源的肿瘤类器官 (PDTO) 或肿瘤球构建3D细胞培养模型,研究人员能够识别特定的肿瘤标志物,并评估针对个体的潜在疗法。高通量方法有助于加快药物评估和毒性研究进程。

早期诊断与生物标志物开发

通过在生理相关的微环境中观察肿瘤行为,研究人员可以发现影响肿瘤生长的因素以及肿瘤对化疗的反应。3D细胞培养能在体外准确反映肿瘤类型和异质性。

药物研发

生物打印类器官和OoC技术提供了具有一致性的高通量筛选方法,可加速在生理相关微环境中的化疗和毒性研究。

3D细胞培养在肿瘤研究和模型领域的未来发展方向是什么?

正如Sherman所指出的:“如今,个性化医疗已成为热门话题。我们知道,对于某些类型的肿瘤,患者对药物的反应大相径庭。通过培养患者自身的细胞以确定最适合该患者的治疗方法,这一想法引发了极大的关注。”

此外,由于类器官来源于患者,因此代表性不足的人群也会纳入诊断和临床研究。

2022年,康宁在纽约市举办了一场虚拟3D细胞培养峰会。Sherman表示,许多康宁客户在会上分享了类器官模型如何帮助他们更精确地为患者提供合适的治疗并取得更好的结果。

Sherman解释道:“这对未来的肿瘤研究和治疗来说是一个巨大的胜利。”

虽然未来往往难以预测,但3D细胞培养技术的进步以及肿瘤治疗的新趋势让我们更容易预测未来肿瘤模型需要满足哪些需求。

Sherman说道:“我认为未来的发展方向是构建更先进、更具可重复性的类器官模型。这可能是为了采取更个性化的治疗方法,也可能是为了建立更丰富的药物测试库,以便更好地了解不同人群对药物的反应。”

为了实现上述目标,康宁致力于继续提供先进的3D细胞培养工具,如类器官培养专用Matrigel® 基质和球形微孔板,并推动肿瘤研究不断取得新进展。如需进一步了解相关进展,可参阅电子书“3D细胞培养入门”。