利用3D打印技术模拟体内微环境构建神经母细胞瘤骨转移模型

Neuroblastoma (NB) is the most common extracranial solid tumor in infants, with the characteristics of early bone metastasis, which might be related to the high levels of CXCL12 in bone marrow microenvironment and general expression of CXCR4 in NB cells. Some unavoidable limitations of conventional two-dimensional model and the animal model appeared in the study of complex interactions between the tumor and microenvironment. The three-dimensional (3D) tissue culture system, based on tissue engineering design, provides the physical, mechanical and chemical signals produced by the interaction of extracellular matrix-cells and cells-cells. This project intends to use a composite material of polycaprolactone (PCL) and nano-hydroxyapatite (n-HA) particles to fabricate 3D bone matrix scaffold, co-culture SH-SY5Y cells and mesenchymal stem cells, build a model for bone metastases of NB, and evaluate it in terms of morphology, drug resistance and metastasis ability, compare with 2D and animal model. Then discuss the mechanism of NB bone metastasis from three different levels and provide a more effective model in vitro for new drug screening and evaluation.

神经母细胞瘤（Neuroblastoma，NB）是婴幼儿最常见的颅外实体肿瘤，具有早期骨转移的特点，可能和骨髓微环境中CXCL12的高含量及CXCR4在NB细胞的普遍表达有关。传统的二维细胞模型和动物整体模型在研究肿瘤与微环境之间复杂的交互作用时出现一些无法回避的局限。基于组织工程设计理念的三维（three-dimension，3D）组织培养系统能提供细胞外基质-细胞和细胞-细胞相互作用产生的物理、机械和化学信号。本课题拟采用聚己内酯（polycaprolactone，PCL）与纳米羟基磷灰石（nano-hydroxyapatite，n-HA）颗粒的复合材料制作3D骨基质支架，共培养SH-SY5Y细胞和骨髓间充质干细胞，建立NB骨转移的研究模型，并与2D及动物模型比较，进行形态学、耐药性及转移能力等方面的评价，从3个不同层面探讨NB骨转移的机制，为筛选和评价新药提供一个更有效的体外模型。

本研究验证了小分子药物17-AAG和原钒酸钠（Sodium orthovanadate, SOV）在二维环境下对神经母细胞瘤（Neuroblastoma, NB）细胞系SH-SY5Y的抑制作用，发现17-AAG和SOV可能通过调节piRNA-PIWI信号通路发挥抑制NB增殖的作用；检测了鼠脂肪源性干细胞（Adipose-derived stem cells，ADSCs）与三维打印（3DP）及戊二醛交联的明胶支架的相容性，发现ADSCs与3DP明胶支架的相容性良好，其中90μm孔径的支架细胞存活率最高，3D培养的方法更有利于维持ADSCs 的活力；制作了适用于上海富奇凡机电科技公司生产的MAM-1型单喷头打印机打印3D支架的明胶/海藻酸钠交联体打印材料，摸索了主要工艺参数各个组分的影响与支架模型各个组分的影响，并且得到了一组较优设计参数和工艺参数，总结如下：对于打印材料明胶溶液选用明胶B型，其浓度最佳数值为10%（w/v），对于交联剂、增稠剂海藻酸钠，其主要起到保护和支撑、增稠作用，最佳浓度为2%（w/v），这种数据下组合成的胶体体系具有良好的粘性、成型能力、凝固速度，能够适用于MAM自由成型工艺系统；总结了ADSCs复合3D打印支架构建工程化组织的研究进展：ADSCs 可在3D 打印支架中分化成多种组织细胞，参与促进各种损伤修复再生，但相关研究尚处于早期阶段。另外还总结了生物人工器官3D打印的天然聚合物的最新进展，3D组织/器官构建的成功模型以及创新3D生物打印技术的优缺点等，为进一步应用3D打印技术构建肿瘤模型打下基础。