胰腺导管腺癌细胞 (PDAC) 细胞、巨噬细胞和胰腺星状细胞在工程基质中嵌入和生长的三重培养物的共聚焦显微镜图像。图片来源：诺丁汉大学 Alvaro Mata 教授
一个国际科学家团队在实验室中创建了一个三维 (3D) 胰腺癌肿瘤模型，结合了生物工程基质和患者来源的细胞，可用于开发和测试靶向治疗。
2021 年 9 月 24 日在Nature Communications上发表的一项新研究中，来自诺丁汉大学、伦敦玛丽女王大学、莫纳什大学和上海交通大学的研究人员创建了一个多细胞3D微环境，该微环境使用患者来源的细胞进行重建肿瘤细胞在胰腺癌中的生长方式和对化疗药物的反应。
胰腺癌很难治疗，特别是在癌症扩散之前没有任何迹象或症状。它可以抵抗治疗并且与其他癌症相比存活率较低，诊断后五年存活率仅为5-10％。
该研究由诺丁汉大学（英国）的 Alvaro Mata 教授、莫纳什大学（澳大利亚）的 Daniela Loessner 和上海交通大学（中国）的 Christopher Heeschen 教授领导。该项目的首席研究员 David Osuna de la Peña 博士说：“治疗胰腺癌有两个主要障碍——非常密集的蛋白质基质和参与胰腺癌的高抗性癌症干细胞 (CSC)。复发和转移。在我们的研究中，我们设计了一个矩阵，其中 CSC 可以与其他细胞类型相互作用，并且共同表现得更像它们在体内的行为，从而为以更现实的方式测试不同治疗方法提供了可能性。”
需要改进的 3D 癌症模型来研究患者的肿瘤生长和进展并测试对新疗法的反应。目前，90% 的成功癌症治疗在临床前试验的早期阶段都失败了，只有不到 5% 的肿瘤药物在临床试验中成功。
临床前测试主要依靠二维 (2D) 实验室培养细胞培养物和动物模型的组合来预测对治疗的反应。然而，传统的 2D 细胞培养无法模拟肿瘤组织的关键特征，并且种间差异可能导致许多成功的动物宿主治疗对人类无效。
因此，需要新的实验性 3D 癌症模型来更好地重建人类肿瘤微环境并结合患者特异性差异。
自组装是生物系统可控地将多个分子和细胞组装成功能组织的过程。利用这一过程，该团队创造了一种新的水凝胶生物材料，由胰腺癌中发现的多种但特定的蛋白质制成。这种形成机制能够整合关键细胞类型以创建可以模拟患者肿瘤特征的生物环境。
Mata 教授补充说：“使用人类癌症模型在开发该疾病的治疗方法中变得越来越普遍，但将它们用于临床应用的一个主要障碍是周转时间。我们通过用患者来源的细胞组装和组织关键基质成分，设计了一个全面且可调整的胰腺导管腺癌 (PDAC) 离体模型。这些模型表现出患者特异性转录谱、CSC 功能和强致瘤性；总体上提供了比类器官和球体文化更相关的场景。最重要的是，药物反应在我们的自组装文化中比在其他模型中更好地再现。
我们相信这个模型更接近于能够将患者肿瘤细胞带到医院，将它们整合到我们的模型中，找到针对特定癌症的最佳治疗方案并将其送回患者的愿景——所有这些都在很短的时间内完成。虽然治疗这种疾病的精准医学的愿景还有一段路要走，但这项研究为实现它迈出了一步。”