3D生物打印tumor模型，改寫免疫tumor學(xué)研究格局

來源：發(fā)布時(shí)間：2025-11-17

在cancer***領(lǐng)域，基于 T 細(xì)胞的免疫療法正成為改變游戲規(guī)則的存在，尤其是免疫檢查點(diǎn)抑制劑的臨床應(yīng)用，為無數(shù)患者帶來新希望。但這類藥物的臨床前篩選，始終缺少能精細(xì)模擬體內(nèi)環(huán)境的理想模型 —— 傳統(tǒng) 2D tumor模型因缺乏生物學(xué)相關(guān)性，難以預(yù)測(cè)真實(shí)臨床效果。而 3D 生物打印技術(shù)的出現(xiàn)，正為這一困境提供了**性解決方案。

為什么 3D 生物打印模型如此關(guān)鍵？

人體內(nèi)部的 T 細(xì)胞殺傷tumor過程，本就發(fā)生在復(fù)雜的三維環(huán)境中。2D 培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞無法還原細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的作用，也忽略了 T 細(xì)胞遷移、浸潤(rùn)等關(guān)鍵生理過程，導(dǎo)致藥物篩選結(jié)果與臨床實(shí)際存在偏差。

現(xiàn)有的部分 3D 模型（如球狀體、微流控芯片）雖有改進(jìn)，但普遍存在通量低、無法充分模擬 ECM 功能等問題。而 3D 生物打印技術(shù)能精細(xì)沉積含細(xì)胞的生物墨水，構(gòu)建出生理相關(guān)性更強(qiáng)的tumor結(jié)構(gòu)，既保留細(xì)胞活性，又能還原tumor微環(huán)境的復(fù)雜性，為免疫檢查點(diǎn)抑制劑篩選提供更可靠的平臺(tái)。

實(shí)證研究：3D 生物打印tumor模型的應(yīng)用效果

為驗(yàn)證技術(shù)可行性，研究團(tuán)隊(duì)以小鼠肺cancer細(xì)胞（LLC-1）和同型 OT-1 T 細(xì)胞為研究對(duì)象，開展了完整的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

1. 模型構(gòu)建：精細(xì)打印，穩(wěn)定存活

采用膠原蛋白 I 作為生物墨水，與 LLC-1 細(xì)胞混合后，通過 BIO X 生物打印機(jī)的液滴功能，在 96 孔板中完成 3D tumor打印。

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圖 1. tumor的三維（3D）生物打印。使用 BIO X 的液滴打印功能，用膠原蛋白對(duì) Lewis 肺cancer細(xì)胞（LLC-1）進(jìn) 行膠原蛋白印刷。將膠原蛋白液滴（tumor）熱固化并在 DMEM 培養(yǎng)基中保持 5 天，然后再與 T 細(xì)胞共培養(yǎng)。

打印后經(jīng) 37℃培養(yǎng)箱固化，腫瘤細(xì)胞在膠原蛋白基質(zhì)內(nèi)穩(wěn)定生長(zhǎng)，5 天內(nèi)保持高活性，且未脫離基質(zhì)向 2D 表面擴(kuò)散，完美模擬了tumor的三維生長(zhǎng)狀態(tài)。

2. T 細(xì)胞毒性測(cè)定：濃度依賴性殺傷***

以不同效應(yīng)子與靶標(biāo)（E∶T）比例將 T 細(xì)胞與打印tumor共培養(yǎng) 48 小時(shí)，通過 RFP 熒光強(qiáng)度檢測(cè)腫瘤細(xì)胞存活情況。

圖 2. 腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和生存力。對(duì)打印的tumor進(jìn)行 RFP 熒光成像，并用鈣黃綠素 AM 染色以確定 T 細(xì)胞篩選前第 5 天的細(xì)胞活力。

結(jié)果顯示，T 細(xì)胞濃度越高，腫瘤細(xì)胞活力下降越明顯：在 5:1 的 E∶T 比例下，tumor存活率***降低約 30%（p=0.0003），證明該模型能精細(xì)反映 T 細(xì)胞的殺傷效率。

圖 3. 在第 5 天使用 3D 生物打印的tumor模型進(jìn)行 T 細(xì)胞細(xì)胞毒性測(cè)定。（A）觀察到 T 細(xì)胞濃度依賴性地降低了腫瘤細(xì)胞的活力，這是通過 RFP 熒光的喪失來確定的。 CTL 的數(shù)量**每孔的總 CTL。（B）顯示了在存在或不存在 T 細(xì)胞的情況下打印的tumor的代表性圖像。使用相同的采集參數(shù)拍攝圖像。

3. 免疫檢查點(diǎn)抑制：驗(yàn)證藥物增***應(yīng)

用抗 PD-1 抗體預(yù)處理 T 細(xì)胞后，與打印tumor共培養(yǎng)，觀察到 T 細(xì)胞介導(dǎo)的殺傷效果進(jìn)一步增強(qiáng)（p=0.0039）。

這一結(jié)果與臨床認(rèn)知一致，證實(shí) 3D 生物打印模型可有效評(píng)估免疫檢查點(diǎn)抑制劑的作用，為藥物篩選提供可靠數(shù)據(jù)支持。

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圖 4. 免疫檢查（A）顯示了免疫檢查點(diǎn)阻斷測(cè)定的示意圖。單克隆抗 PD1 抗體阻斷了 PD1 與 PD-L1 之間的相互作用，從而增強(qiáng)了 T 細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷力。（B）在 IgG 同種型對(duì)照或抗 PD1 抗體存在下，將 3D 生物打印的腫瘤細(xì)胞與初免化的 T 細(xì)胞以 5：1 的 E：T 比例共培養(yǎng)。 PD1 阻斷顯示出對(duì)靶細(xì)胞的增強(qiáng)殺傷作用。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)與未來潛力

3D 生物打印tumor模型的**優(yōu)勢(shì)的在于：

高生理相關(guān)性：還原tumor微環(huán)境及 ECM 作用，篩選結(jié)果更貼近臨床。

高通量兼容：96 孔板打印格式支持批量實(shí)驗(yàn)，降低篩選成本。

靈活適配性：可拓展至患者來源的異種移植模型，助力個(gè)性化藥物研發(fā)。

未來，該技術(shù)還將進(jìn)一步拓展應(yīng)用場(chǎng)景，包括定量tumor抗原呈遞、分析 T 細(xì)胞浸潤(rùn)情況及細(xì)胞因子表達(dá)，同時(shí)通過多孔打印格式，實(shí)現(xiàn)對(duì) CAR-T 細(xì)胞等工程免疫細(xì)胞的高通量篩選，加速免疫tumor學(xué)研究與臨床轉(zhuǎn)化。

結(jié)語

3D 生物打印技術(shù)打破了傳統(tǒng)tumor模型的局限，為免疫檢查點(diǎn)抑制劑篩選提供了更精細(xì)、高效的工具。隨著技術(shù)不斷優(yōu)化，它將在個(gè)性化醫(yī)療、 anti-canc藥物研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，推動(dòng)免疫tumor學(xué)研究邁向新高度。

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