用于(yu)靜脈(mo)注射藥物和免(mian)疫細(xi)胞輸送(song)的(de)精確腫(zhong)瘤芯片模型

總部設(she)在芬蘭(lan)，奧盧的(de)器(qi)(qi)(qi)官(guan)芯片(pian)制造商(shang)AKITA，by Finnfadvance，成立于(yu)2019年。系統搭(da)載擁有高通量器(qi)(qi)(qi)官(guan)芯片(pian)板，該(gai)板可被(bei)設(she)計成單(dan)器(qi)(qi)(qi)官(guan)和多器(qi)(qi)(qi)官(guan)，兼(jian)容(rong)多種成像模(mo)式，高人體(ti)相關(guan)性的(de)下一代人體(ti)體(ti)外模(mo)型，加速藥物(wu)開發，降低(di)臨床前試驗失敗的(de)風險，也(ye)可用于(yu)個性化醫療。上海曼博生物(wu)醫藥科技有限公司是AKITA，by Finnfadvance授權的(de)中國經銷(xiao)商(shang)。

概(gai)要(yao)

腫瘤通常由高度異質的(de)(de)(de)細(xi)胞群組成(cheng)，這導致其對化療的(de)(de)(de)反應(ying)存在差異。此外，多數抗(kang)癌(ai)藥物具有毒性(xing)，且(qie)毒性(xing)可能超過其潛在的(de)(de)(de)抗(kang)癌(ai)效(xiao)果。本研(yan)究開發了一個可靠的(de)(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)--AKITA微流控腫瘤芯(xin)片系(xi)統(tong)(tong)，其使用患者(zhe)自己的(de)(de)(de)細(xi)胞在體外重建循環系(xi)統(tong)(tong)（如下圖），能夠(gou)更準確地(di)預測(ce)患者(zhe)對藥物的(de)(de)(de)反應(ying)，并幫助(zhu)醫生(sheng)為(wei)患者(zhe)選擇有效(xiao)的(de)(de)(de)治療方案。

如上(shang)(shang)圖可(ke)(ke)見，物(wu)理上(shang)(shang)分離的(de)(de)開(kai)頂(ding)室和(he)微流體通(tong)道允許測(ce)量細胞或藥(yao)物(wu)通(tong)過(guo)芯(xin)片內構建的(de)(de)內皮屏障的(de)(de)滲透。在(zai)一(yi)項試驗性研究(jiu)中發現(xian)該(gai)(gai)系統(tong)可(ke)(ke)以(yi)用(yong)于復制靜脈給藥(yao)的(de)(de)癌癥(zheng)藥(yao)物(wu)的(de)(de)系統(tong)給藥(yao)。該(gai)(gai)模型的(de)(de)預測(ce)能力目前正在(zai)通(tong)過(guo)回顧性的(de)(de)共臨(lin)床試驗中使用(yong)患者(zhe)的(de)(de)癌癥(zheng)樣本進(jin)行(xing)測(ce)試。這項研究(jiu)的(de)(de)想法是比較患者(zhe)在(zai)臨(lin)床接受(shou)的(de)(de)化療(liao)/放(fang)化療(liao)治療(liao)的(de)(de)反應(ying)，以(yi)及在(zai)芯(xin)片系統(tong)中或常(chang)規(gui)的(de)(de)3D培養條件下培養的(de)(de)患者(zhe)來源的(de)(de)器官樣本對治療(liao)的(de)(de)反應(ying)。

初(chu)步結果顯(xian)示，這些不同的(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞培養(yang)條件影響了癌(ai)癥樣本(ben)的(de)(de)藥物敏感性(xing)。此外(wai)，本(ben)研究(jiu)還(huan)通(tong)(tong)過跟蹤免(mian)疫細(xi)(xi)(xi)胞從(cong)微(wei)通(tong)(tong)道通(tong)(tong)過類似血(xue)管的(de)(de)內皮屏障(zhang)向(xiang)開頂室中培養(yang)的(de)(de)腫瘤(liu)細(xi)(xi)(xi)胞的(de)(de)遷移,驗證了AKITA微(wei)流(liu)控系統用(yong)(yong)于(yu)研究(jiu)系統性(xing)抗.腫瘤(liu)免(mian)疫的(de)(de)適(shi)用(yong)(yong)性(xing)，這個免(mian)疫活(huo)躍的(de)(de)系統有助于(yu)提高我們對免(mian)疫細(xi)(xi)(xi)胞通(tong)(tong)過生物屏障(zhang)的(de)(de)遷移和(he)在體外(wai)模擬抗.腫瘤(liu)免(mian)疫活(huo)動(dong)的(de)(de)理(li)解。

結果一：腫瘤類器(qi)官 vs 器(qi)官芯片--評估(gu)藥物的(de)敏感性

01   胰腺(xian)癌：吉(ji)西他濱治療對癌癥胰腺(xian)類(lei)器官生(sheng)存能力的影(ying)響

在藥(yao)物(wu)治療前培養了兩個患者(zhe)來(lai)源的類(lei)器(qi)官4天(tian)，并在藥(yao)物(wu)治療后使用 calcein-AM 和 Pl 染色(se)，細(xi)(xi)胞(bao)存(cun)活(huo)(huo)(huo)率是使用活(huo)(huo)(huo)細(xi)(xi)胞(bao)/死細(xi)(xi)胞(bao)染色(se)評(ping)估的（圖 1），并以藥(yao)物(wu)濃度的可存(cun)活(huo)(huo)(huo)細(xi)(xi)胞(bao)數比(bi)例進(jin)行繪(hui)制（圖 2）。

圖(tu)1

圖2

根據研究結(jie)果(guo)，兩個患者來源的模型(xing)對吉西他(ta)濱顯示出不同的藥物反應，其(qi)中(zhong)患者-1對治療更敏(min)(min)感。此外，相(xiang)較于(yu)標準靜(jing)態培養，微(wei)流體(ti)中(zhong)的胰腺腫瘤(liu)類器官(guan)對藥物的反應也稍差（更不敏(min)(min)感）。

02   肺癌(ai)：聯合化療(liao)對患者來源的腫瘤類器官的活力影(ying)響

患者來源的肺(fei)癌類器官(guan)通(tong)過腫瘤芯片（“microfluidic”）和通(tong)過微流控通(tong)道內構建的類血管內皮(pi)屏障（“intravenous”）比標(biao)準(zhun)靜態(tai)培(pei)養（“Static”）條件下對聯(lian)合化療處理更具有(you)抵抗(kang)力(li)。此(ci)外，總體上，這兩位患者對聯(lian)合化療的敏感(gan)性(xing)存在(zai)差異（圖 3）。

圖3

03   結(jie)直腸癌：化療放療對患者來源的(de)結(jie)腸直腸癌類器官的(de)大小和存活能力的(de)影響

在(zai)放(fang)(fang)(fang)化(hua)(hua)療(liao)前，患者來源的類(lei)器官培(pei)養了4天，在(zai)放(fang)(fang)(fang)化(hua)(hua)療(liao)3天后，對(dui)(dui)細胞的存活能力(li)進行評估。結果(guo)顯示這位患者的兩(liang)種結直腸癌模(mo)型均在(zai)體(ti)外表現(xian)出對(dui)(dui)化(hua)(hua)療(liao)和放(fang)(fang)(fang)化(hua)(hua)療(liao)治(zhi)療(liao)的高度抵抗性（圖(tu) 4）。在(zai)大(da)小(xiao)尺寸方面，初步結果(guo)顯示放(fang)(fang)(fang)化(hua)(hua)療(liao)都影響了癌癥類(lei)器官體(ti)（Syn026 模(mo)型）的整體(ti)大(da)小(xiao)，在(zai)化(hua)(hua)療(liao)/放(fang)(fang)(fang)化(hua)(hua)療(liao)治(zhi)療(liao)后，它們的大(da)小(xiao)分布向較小(xiao)的方向偏(pian)移（圖(tu) 5）。

圖(tu)4

圖5

患者(zhe)來源(yuan)的肺轉(zhuan)移結直(zhi)腸癌類(lei)器官(guan)對放化(hua)療(liao)治(zhi)療(liao)表現出高度敏感性，LUNG-27類(lei)器官(guan)在懸浮狀態下(xia)進(jin)行了輻(fu)照，并移植到板(ban)上。在培養2天后(hou)，向(xiang)新形成的器官(guan)樣體中添加(jia)了卡(ka)鉑/培美曲塞（Carboplatin/pemetrexed）。治(zhi)療(liao)5天后(hou)，使用DNA損(sun)傷標記(ji)物pH2aX和增殖標記(ji)物Ki-67對DNA損(sun)傷進(jin)行了分析（圖(tu) 6、圖(tu) 7）。

圖6

圖(tu)7

結果一總結

1. 使用(yong)可靠(kao)的體(ti)(ti)外系(xi)統來預(yu)測(ce)治療反(fan)應(ying)更重要(yao)，患者來源的腫瘤類(lei)器官(guan)對化(hua)療/放化(hua)療的反(fan)應(ying)因癌癥類(lei)型、其位(wei)置和整體(ti)(ti)健康狀況而(er)異。

2. 患(huan)者來源(yuan)的腫瘤類器(qi)官(guan)在標準靜態或微流控條(tiao)件(jian)下(xia)培(pei)養的患(huan)者來源(yuan)器(qi)官(guan)樣體(ti)對化療(liao)/放化療(liao)治(zhi)療(liao)表現出不(bu)同的反(fan)應， 培(pei)養條(tiao)件(jian)和(he)劑(ji)量的差異會(hui)產(chan)生(sheng)影響(xiang)，體(ti)外藥物給藥方式的不(bu)同也會(hui)產(chan)生(sheng)影響(xiang)。

3. 該(gai)模(mo)型(xing)可(ke)以(yi)用于(yu)(yu)確定個體對化療(liao)/放化療(liao)的(de)藥(yao)物(wu)反應，還可(ke)以(yi)預測藥(yao)物(wu)的(de)毒性和滲透性，該(gai)系(xi)統可(ke)用于(yu)(yu)評估放化療(liao)與單獨(du)化療(liao)可(ke)能(neng)的(de)臨床(chuang)益處(chu)。 

結(jie)果二：在器官芯片中重建系統抗(kang).腫瘤免(mian)疫

01   免(mian)疫(yi)細胞遷移的定性（視覺）分析

標記(ji)的(de)肺癌細(xi)胞被(bei)播(bo)種(zhong)到(dao)器(qi)官芯片系統的(de)開頂腔(qiang)室中(zhong)，而HUVEC細(xi)胞則(ze)被(bei)加(jia)載到(dao)微(wei)流控通道(dao)中(zhong)，形(xing)成類似血管的(de)內皮屏障（圖 8），細(xi)胞培養7天以形(xing)成腫瘤類器(qi)官和內皮屏障，隨(sui)后標記(ji)的(de)免疫細(xi)胞被(bei)加(jia)到(dao)相應的(de)微(wei)流控通道(dao)中(zhong)。

可以使(shi)用(yong)熒光(guang)(guang)顯微(wei)鏡成像觀(guan)察免(mian)疫(yi)細胞從微(wei)流控通道(dao)向患者來源(yuan)的肺癌器官樣體遷移(yi)，這些類器官被培養在開頂(ding)腔室中(zhong)。在緩慢(man)搖(yao)動的搖(yao)床上共培養72小時后，對免(mian)疫(yi)細胞的遷移(yi)進行分析(xi)。使(shi)用(yong)Leica Thunder廣(guang)域(yu)熒光(guang)(guang)顯微(wei)鏡獲取熒光(guang)(guang)圖(tu)像（圖(tu) 9）。

圖8

圖9

02   免疫細胞遷移的定(ding)量(liang)分析(xi)

使用流式細胞(bao)(bao)儀進行(xing)(xing)器官芯片中免疫(yi)細胞(bao)(bao)遷移的(de)定量(liang)分(fen)(fen)析。在實(shi)驗前，癌癥類和免疫(yi)細胞(bao)(bao)分(fen)(fen)別使用 EpCam 和 CD3 抗體進行(xing)(xing)了標(biao)記。僅(jin)使用CD3陽性淋巴(ba)細胞(bao)(bao)進行(xing)(xing)數量(liang)化分(fen)(fen)析（圖 10、11）。

圖10

圖(tu)11

結(jie)果(guo)二總(zong)結(jie)

微流控(kong)器官(guan)芯(xin)片器官(guan)系(xi)統可以(yi)是(shi)一個實用(yong)工具，可以(yi)提(ti)高研究者(zhe)對免疫細(xi)胞通過(guo)生物屏(ping)障遷移(yi)的理解，并在體外模擬抗(kang).腫(zhong)瘤免疫活性。

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AKITA器官芯片應用--骨芯片