3D印表機也能印出癌細胞!美國卓克索大學團隊日前發表於《生物建構》期刊的研究,利用近來最熱門的3D立體列印技術,跳脫過去在實驗室多以平面培養基「2D培養」癌細胞的框架,「印製」出更接近人體內腫瘤結構的癌細胞團。研究人員強調,立體癌細胞團不僅結構擬真,生理特性也更符合人體狀況,非常適合作為抗癌藥物研發的實驗材料。

【點陣列印癌細胞】研究人員以類似「點陣」印表機的方式,將明膠、褐藻膠、水凝膠、纖維蛋白及子宮頸癌細胞「HeLa」等「素材」,印製在長、寬各10公厘、高2公厘的方格中;在列印約5天後,HeLa細胞團會集結成球狀,周圍被纖維蛋白包覆,形成類似人體內腫瘤四周稱作「細胞外基質」的「微環境」,且在生成球狀構造後,還會持續「增大」近3天。

現行腫瘤學及臨床治療的研究,多是先於實驗室進行細胞實驗,再擴展到動物試驗及最後的人體試驗;卓克索大學機械工程學教授孫偉指出,透過3D列印技術製造的立體癌細胞團,科學家能更精確地觀察腫瘤生長及轉移的過程,未來甚至可直接「印製」自患者體內手術取出的癌細胞,以進行藥物測試,對療法評估及新藥試驗都很有幫助。

【3D癌細胞優於2D】該研究使用的HeLa細胞,係科學家於1951年時分離自1名女性子宮頸癌患者的腫瘤組織,是全球第一個被保存下來的「癌細胞株」,多年來許多腫瘤學研究者都以Hela細胞作為實驗材料,對其生理機制已相當瞭解。而儘管癌細胞株通常較正常細胞及人體內的癌細胞更「強韌」,但過去在3D列印的過程中,往往仍有大量細胞死亡,該團隊也克服此問題,細胞「原料」存活率已達9成。

孫偉強調,癌細胞以3D或2D呈現確有極大差異;HeLa細胞在傳統平面培養基中,儘管會有少部分的堆疊,但基本上只會長成「一大片」細胞,無法形成類似人體內的球狀構造;此外,立體癌細胞團「擴散」的速度及抵抗化療的能力,都遠高於平面排列的細胞,甚至連蛋白質在癌細胞膜表面的「表現量」也不同。

以HeLa細胞表面的「基質金屬蛋白酵素」為例,該酵素在立體癌細胞團的表現量,較類似人體內的腫瘤,可分解細胞外基質,也就是當癌細胞擴散時,必須先在細胞外「清理」出一塊空間,才能繼續分裂、擴張;而3D列印正提供了科學家研究基質金屬蛋白酵素等與癌症特性有關的蛋白質,最佳的「模型」。

延伸閱讀:http://iopscience.iop.org/1758-5090/6/3/035001/article

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