胶质母细胞瘤是最致命的一种脑肿瘤，只有不到10%的患者能存活5年以上。
一组研究人员设计了一种新的方法来研究这种快速扩散的癌症，他们使用了一种由人类脑细胞和生物材料聚集而成的三维结构。他们的研究成果发表在《科学进展》杂志上，可以帮助医疗专业人员更好地了解肿瘤是如何生长的，并加速发现治疗肿瘤的新药。
“这是一种很难治疗的脑瘤，”东北大学生物工程副教授、该研究的通讯作者戴国豪(音)说。“对脑瘤进行研究也很困难，因为你无法真正看到发生了什么。”
在活的大脑中，研究人员无法直接观察肿瘤细胞的生长和对治疗的反应。研究通常在小鼠或大鼠身上进行，必须解剖动物以了解肿瘤的发展。戴说，动物研究既昂贵又耗时，而且不能对活体组织中的同一肿瘤进行日常观察。
为了更直接地研究胶质母细胞瘤，Dai的实验室专门研究3D打印活组织，他培育了一个三维模型，作为肿瘤细胞浸润的脑组织。
“我们使用人类大脑血管细胞，并将它们与所有的神经元、周细胞、星形胶质细胞连接起来，这些细胞是人类大脑中的主要细胞类型，”戴说。一种叫做水凝胶的水基物质作为基质来固定这些细胞。“然后我们用3D打印技术将它们以三维的方式堆叠起来。”
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在只有几毫米厚的结构中间，研究人员放置了胶质母细胞瘤肿瘤干细胞。在神经外科医生珍妮·邹(Jenny Zou)和西奈山医学院(Mount Sinai’s medical school)神经科学家罗兰·弗里德尔(Roland Friedel)的帮助下，这些细胞取自脑瘤患者。
“我们可以观察脑瘤细胞是如何侵袭的，就像我们在病人身上看到的那样，”戴说。“他们到处侵略。”
为了在不破坏3D模型的情况下准确了解模型内部的情况，伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)的生物医学工程师泽维尔·因特斯(Xavier Intes)用激光扫描了样本，并迅速创建了细胞结构的三维快照，这是他的实验室开发的一种成像技术。
这种技术的结合使他们能够评估一种常用的化疗药物替莫唑胺的有效性。
戴说:“我们用化疗时给病人用的同一种药物来治疗肿瘤。”“我们对化疗进行了两个多月的监测。我们发现化疗并不能杀死肿瘤。”
起初，肿瘤在药物的作用下缩小了，但随后又迅速而猛烈地复发。该药物长期无效，这与胶质母细胞瘤患者的经验相符。
“这种特殊的化疗对脑瘤没有效果，”戴说。“我们需要开发和筛选其他化疗药物。”
这个模型可能会加速这个过程。替莫唑胺能够在二维模型中杀死胶质母细胞瘤细胞，但在三维模型中，肿瘤会反弹。这种方法可用于早期淘汰不成功的药物，确保只有最有希望的药物用于动物试验，并最终用于人类试验。
“你有大量的时间和成本与动物研究相关，”戴说。“有了我们的3D胶质母细胞瘤模型和成像平台，你可以很快看到细胞对放疗或化疗的反应。”
如有媒体咨询，请联系Marirose Sartoretto: [email protected]或617-373-5718。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.northeastern.edu/2020/04/01/a-3d-printed-brain-could-make-it-easier-to-find-cancer-treatments/