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病人的癌细胞在新的3-D支架上可靠地生长 显示出用于精准医学的希望

根据密歇根大学的一组工程师和癌症研究人员的研究结果,一种用于细胞培养的新型3D结构可以使医生对从患者自身细胞生长的模型肿瘤进行药物测试。

与以前的设备不同,这种新结构是由蛋白质纤维制成的,细胞会知道如何进行修饰。

密西根大学放射学教授加里·卢克(Gary Luker)表示:“我们有可能利用这种文化进行药物测试或单细胞分析等工作,这可能有助于我们确定患者癌症的最佳治疗方法。”

病人的癌细胞在新的3-D支架上可靠地生长 显示出用于精准医学的希望

卢克说,目前,有些患者的小鼠癌细胞样本已经进行了药物测试和分析,但是癌细胞并不总是能够生长,而且过程需要几个月的时间。

先进的培养皿,称为3-D支架,可使医生在几天或几周内获得有关药物有效性的答案。但是,较早的支架试图模仿将细胞集合结合到组织中的凝胶状网络的结构和组成,但记录也很复杂。

最近的化学工程博士Stacy Jordahl说:“我们没有试图猜测肿瘤细胞的微环境是什么,而是创造了一个空间,使它们可以像在体内一样创建自己的细胞环境。” D.他毕业于密西根大学,是“ 高级材料 ”论文的第一作者。

该团队创建了纤连蛋白网络,纤连蛋白是一种将细胞附着在结缔凝胶上的蛋白质。组织中的细胞会伸展纤连蛋白,其使用方式类似于房屋框架的四分之四。但是,如果未保持开放状态,纤连蛋白往往会卷曲。尽管研究人员已经使用了成球状的纤连蛋白层来帮助细胞附着在以前的支架上,但是这种蛋白质还没有被充分利用。

以前,要拉伸纤连蛋白链很费力,例如用移液管将其拉长,但是UM团队发现的新方法无需费力即可生产出拉伸纤连蛋白涂层。

沃尔夫冈·保利大学化学工程教授,UM生物界面研究所所长Joerg Lahann领导下,工程师们建立了一个微格隔间的网格,每格的边长为半毫米。然后,他们使用慢慢倒过来的试管反复在该表面上倒入含有纤连蛋白的溶液。移动的液体的拉力足以将纤连蛋白抽出成交错在整个结构上的纤维网络。

拉汉说:“通过这种将蛋白质吸收到纤维网络中的工程方法,我们可以为癌细胞的培养创造更加自然的环境,从而使我们能够测试药物或了解癌症生物学。”

Lahann的小组将结构转交给了两位癌症研究人员,Luker和Max Wicha,Madeline和Sidney Forbes肿瘤学教授。他们利用这种结构来培养从乳腺癌患者体内取出的细胞,方法是排干积液,这些积液会随着疾病的进展而积聚在腹部和胸部。

尽管癌细胞仅占这些体液中约5%的细胞,但在纤连蛋白网络上几天到一周后,它们仍在细胞群中占主导地位。癌症研究人员对此印象深刻。

卢克说:“已经设计出许多技术和方法来试图在培养物中生长出效果不佳的癌细胞。大多数癌细胞在人工条件下培养时会死亡。” “在这个系统中,我们至少可以在短时间内保持一致的文化发展。”

此外,这些细胞似乎随着它们在纤连蛋白网络上的生长而发生变化,变得更像是一种将癌症扩散到身体其他部位的细胞。这对于测试癌症药物可能是一个优势,因为这些细胞最需要杀死。

但是,这种偏见会阻碍探索癌症生物学的实验,例如,确定导致细胞变得更具侵略性或良性的影响。将来,研究小组可能会研究改变纤连蛋白网络结构的方式是否可以消除这种偏见。

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