膠質母細胞瘤是致死性最高的惡性腫瘤之一，嚴(yan) 重威脅人類的健康【1】。膠質母細胞瘤具有高度異質性，其腫瘤微環境是一個(ge) 包含腫瘤細胞，巨噬細胞，以及多種體(ti) 細胞的高異質性動態係統。膠質瘤細胞與(yu) 微環境中的其他細胞產(chan) 生複雜的相互作用，其中巨噬細胞和小膠質細胞占腫瘤組織的30%-50%，對腫瘤的發生，發展和轉移有重要影響【2】。

現有的體(ti) 外模型在重建微環境的異質性和材料的仿真性上有其局限性，而體(ti) 內(nei) 模型雖然形成複雜的微環境，但建立人源腫瘤異種移植模型（PDX）需要使用免疫缺陷動物，也限製了對腫瘤細胞與(yu) 巨噬細胞的重要相互作用進行深入研究。體(ti) 外人源類器官模型在一定程度上解決(jue) 了異質性的問題，但其重複性和量化性仍有待改善【3】。

使用與(yu) 腫瘤微環境中細胞外基質（ECM）匹配的生物材料，來建立包含多種細胞的高通量、高重複性的體(ti) 外模型，將有助於(yu) 研究和發現潛在的癌症驅動基因和他們(men) 發揮作用的機製，從(cong) 而為(wei) 建立有效的靶向治療提供方向。

2020年6月4日，加州大學聖地亞(ya) 哥分校Jeremy Rich教授，Shaochen Chen教授，西湖大學謝琦研究員作為(wei) 共同通訊作者（UCSD納米工程係博士研究生湯忞為(wei) 排名第一的第一作者）合作在Cell Research雜誌上發表了題為(wei) Three-dimensional bioprinted glioblastoma microenvironments for modeling cellular dependencies and immune interactions的研究論文。

他們(men) 運用數字光處理3D生物打印技術和透明質酸（HA）衍生材料，將膠質母細胞瘤幹細胞（GSC），巨噬細胞、星形膠質細胞和神經前體(ti) 細胞（NPC）按照健康組織包圍腫瘤組織的結構分布，建立了3D膠質母細胞瘤微環境體(ti) 外模型。

依靠生物打印建立的3D體(ti) 外模型有高重複性、高通量、可控性，可用於(yu) 研究腫瘤微環境中免疫反應及巨噬細胞對腫瘤生發轉移的影響；3D模型中的GSC的轉錄譜可用於(yu) 預測患者的生存和對藥物的敏感性；此模型還可作為(wei) 全基因組CRISPR-Cas9篩選平台，用於(yu) 發現特定於(yu) 3D多細胞微環境中的依賴性和潛在癌症驅動基因。

該研究中設計了兩(liang) 種3D模型，NPC和星形膠質細胞打印在外圍模擬健康腦組織；tri-culture模型中，腫瘤部分由GSC或單核細胞（巨噬細胞前體(ti) ）構成；tetra-culture模型的腫瘤部分包括了GSC和巨噬細胞（或單核細胞）（圖1）。

圖1：生物3D打印GBM模型流程及模型的明場、熒光圖。

通過比較懸浮培養(yang) ，含GSC和不含GSC的3D模型中的單核細胞的基因表達和轉錄譜，顯示含有GSC的3D腫瘤微環境促進單核細胞向M2表型極化，M2表型能夠促進腫瘤發展（圖2）。

圖2：（左）GSC在懸浮培養(yang) 和3D模型中的轉錄譜有顯著差異。（右）未誘導分化的單核細胞在3D微環境中極化成促進腫瘤的M2表型，M2相關(guan) 標記CD163和IL10表達顯著增加，M1相關(guan) 標記TNF-a和NOS2沒有顯著變化。

通過比較懸浮培養(yang) ，含巨噬細胞，和不含巨噬細胞的3D模型中GSC的藥物反應和腫瘤浸潤程度，發現GSC在3D培養(yang) 中耐藥性更強，巨噬細胞增強GSC耐藥性，並且促進了GSC轉移（圖3）。

圖3：（左）GSC在懸浮培養(yang) ，3D tri-culture，3D tetra-culture中對EGFR抑製劑及temozolomide藥物的反應。（右）GSC（綠）和巨噬細胞（紅）在tri-culture和tetra-culture中的熒光示意圖，巨噬細胞增強了GSC轉移。

作者進一步使用全基因組CRISPR-Cas9基因敲除文庫篩選出3D 腫瘤微環境中依賴性顯著的基因，並通過體(ti) 外GSC成球培養(yang) 實驗和小鼠體(ti) 內(nei) 成瘤驗證了這些靶點的可靠性。

總結一下，該研究報道了一個(ge) 可控、可重複、可量化的3D打印膠質母細胞瘤微環境模型，它更精確的模擬了腫瘤微環境中的細胞高異質性、細胞相互作用、腦和腫瘤微環境的ECM成分，可用於(yu) 研究巨噬細胞對腫瘤的影響，顯示了巨噬細胞前體(ti) 在3D腫瘤微環境中能夠自發向促進腫瘤的表型極化。提供了一個(ge) 在體(ti) 外高通量研究腫瘤微環境的平台，可用於(yu) 發現針對腫瘤的潛在靶點。

幕後花絮謝琦：該項學科交叉合作源起於(yu) 一作們(men) 之間的一次幹細胞培養(yang) 基借用，再往上溯源，得益於(yu) SD(聖地亞(ya) 哥) 500人學術交流群，前後幾任群主悉心維護，經常組織線下學術交流報告，思想碰撞，促成了無數合作，取得了眾(zhong) 多成果。筆者在SD隻有短短2年，卻通過這樣的學術交流活動認識了很多誌同道合的朋友，從(cong) 他們(men) 身上學習(xi) 良多，拓寬了自己將來的研究方向。回國後之所以入職西湖大學，很重要的一個(ge) 原因也是因為(wei) 這裏特別鼓勵和支持各種形式的交流和合作，讓我能夠始終保持在SD那些年形成的開放和合作心態。我也時常鼓勵自己的學生，要和學校的其他實驗室開展交流，不妨從(cong) 互借東(dong) 西開始，說不定你的下個(ge) 合作者此時正在向你借培養(yang) 基的路上。

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