3D 打印肿瘤模型

3D 生物打印这一概念是由美国的Clemson大学,Missouri大学以及Drexel大学的教授在2000年左右提出。之后南卡罗来纳医科大学的Vladimir Mironov在2003年提出了“3D打印器官”这一概念。 这一技术是利用3D生物打印机在数字三维模型驱动引导下一层一层地装配生物材料以及细胞单元用以组成组织器官或者组织工程支架等等。

 

在该技术上结合微阵列打印肿瘤模型(如图例1所示)用以评估药物动力学、药物毒性以及抗肿瘤药效是一项非常有前景的发展方向。3D肿瘤模型与常规的体外肿瘤细胞模型相比更接近肿瘤组织的特性,并且不涉及临床数据的安全性和伦理问题的限制,可以大幅度缩短药物的开发周期并高通量筛选抗癌药物;通过使用临床病人的肿瘤细胞来构建3D肿瘤模型还可以应用于个性化精准医疗。

图例1. 3D生物打印微阵列肿瘤模型示意图。(引自Biofabrication 6 (2014) 035001)
图例1. 3D生物打印微阵列肿瘤模型示意图。(引自Biofabrication 6 (2014) 035001)

本公司致力于建立3D肿瘤模型用以筛选抗肿瘤药物以及小核酸基因药物。该平台可以填补国内关于体外药物快速筛选方法的空白。

本项目研究方向包括:

 

  1. 对用于3D生物打印的生物材料进行开发优化。在现阶段的3D生物打印中,打印材料主要由“生物墨水”以及“生物纸”组成。“生物墨水”主要包含细胞以及生长因子;“生物纸”主要成分是水凝胶,用于作为细胞的生长支架。如何选择合适的材料(包括,生物相容性,细胞相容性,合适的力学特性以及降解性)是3D肿瘤模型是否能成功的关键。
  2. 优化3D肿瘤模型打印模式的优化。精确控制材料结构的孔径、连通率、表面积等参数,以及肿瘤细胞、生长因子在模型中的位置和相互作用使肿瘤模型接近真实肿瘤组织的特征。
  3. 利用多传感器官芯片系统(如图例2所示)对3D肿瘤模型进行原位实时监控以得到更全面的生物物理以及生物化学方面的参数用以辅助药物筛选。该研究将与哈佛-麻省理工医疗科技学院的Ali Khademhosseini教授进行合作。
图例2. 集成自动多芯片传感平台示意图(引自 Proc Natl Acad Sci U S A. 114 (2017) E2293-E2302.)
图例2. 集成自动多芯片传感平台示意图(引自 Proc Natl Acad Sci U S A. 114 (2017) E2293-E2302.)
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