近期，巴黎科学与勒特雷斯研究大学的Jacques Camonis教授团队在 Biomaterials期刊上发表了“In vitro bone metastasis dwelling in a 3D bioengineered niche”的文章。

摘要：骨是乳腺癌最常见的转移部位。除疾病负担急剧增加外，骨转移也是预后不良的指标。研究乳腺癌的骨转移的主要挑战之一是工程化的体外模型，该模型可以复制体内骨骼环境的特征。这种体外模型理想地使转移细胞的生物学尽可能接近地模仿其体内行为。在这里，研究者利用微细加工和癌细胞生物学中的尖端技术，开发了体外乳腺癌骨转移模型。为此，首先3D打印了一个骨骼支架，该支架可重现小梁结构，并可用成骨细胞样细胞，胶原蛋白基质和矿化钙进行调节。因此，证明了该装置提供了足够的土壤来接种原发性乳腺癌骨转移细胞。特别是，考虑到患者来源的异种移植是比细胞系更好的方法，以获得临床相关的结果，证明了这种仿生骨生态位模型能够容纳患者来源的异种移植的转移性乳腺癌细胞。这些源自患者的异种移植细胞在骨模型中显示出长期存活，并保持其循环倾向，并表现出与体内相同的调节药物反应。该实验系统可以访问骨骼微环境和癌骨转移的特质特征，这对药物测试具有重要意义。

文章亮点

为了解决许多转移性癌症普遍存在的骨定位生物学问题，我们需要一个足够的环境来复制转移性细胞生长和扩张的体内环境条件。以生物工程学为目标的这种合适的乳腺癌骨转移体外模型的目的，我们首先成功地建立了仿生骨模型，该模型可复制体外骨环境的一些关键特征，特别是在小梁骨的天然微观结构和刚度方面以及成骨分化的MSC，胶原蛋白I基质和矿化钙沉积的存在。与先前报道的基于多孔水凝胶和丝绸的3D骨骼模型相比，我们的骨骼生态位提供的材料支架的机械性能更接近体内情况。支架材料的刚度有望增强细胞对微结构的附着力，而空间约束则允许细胞在高度约束的空间中生长，就像在大块骨头中一样。与脱细胞的骨支架或预先装载了乳腺癌细胞的破碎的小鼠骨骼相比，我们的支架微制造具有多个优势。如此处用骨小梁所示，我们的模型可以忠实地复制此处显示的对于细胞克隆至关重要的骨微结构，并且如果需要的话，由于3D打印的多功能性，可以轻松改变支架的几何参数。关于模型的生物学应用，使用3D打印支架仍然是有利的，因为它允许在受控和相似的条件下进行实验。与现有技术相比，3D打印抗蚀剂已证明其与细胞原位光学表征的兼容性是一项主要资产，并且已证明其细胞相容性适用于培养和分化原代MSC和PDX肿瘤细胞。即使这种骨骼模型不能完全复制真实骨骼生态位的复杂性，它仍具有解决与复杂细胞-骨骼相互作用有关的广泛生物学问题的潜力。

据推测，不同类型的肿瘤细胞会产生骨转移，每种都有各自的优缺点。由于PDX细胞能更好地保持亲代肿瘤的重要生物学特性，因此选择这些细胞来验证我们的骨转移体外模型。仅有很少的尝试开发基于PDX癌细胞的3D体外骨转移模型。这些模型主要针对前列腺癌，与乳腺癌类似，前列腺癌转移主要针对骨骼。他开发了一种体外模型，该模型依赖于人PDX细胞与成骨细胞细胞系在改良的透明质酸水凝胶中的共培养。这是一个有趣的概念证明，但是仍然存在一些局限性。人和鼠细胞的共培养是一个主要问题，所用的水凝胶不能概括骨骼的机械和形貌特性。据我们所知，我们的工作代表了在这种仿生骨骼模型中共培养TNBC和BMBC PDX的首次尝试，以便在骨骼微环境中重建骨转移性肿瘤。与已报道的技术相比，我们的模型旨在通过粘附与模拟多孔结构相关的细胞来重现局部经历的骨骼的机械特性，同时在引发分化的MSC和PDX细胞的直接共培养。与2D或3D Matrigel培养相比，由于其独特的特性，我们的3D仿生骨骼模型显着提高了TNBC PDX和BMBC PDX细胞的定殖特性和循环能力。值得注意的是，PDX细胞的增殖能力（Ki67指数）保持与患者样品中观察到的水平相似。所有这些特征与骨微环境可以抑制细胞凋亡并促进肿瘤细胞增殖的假设一致。此外，我们观察到仿生骨支架中的TNBC PDX细胞与常规培养相比显示出降低的药物反应，这与相同治疗下已知的骨转移耐药性相吻合。这些结果表明，关键成分，例如在仿生环境中的仿生肿瘤细胞共培养，可能会影响顺铂的生物利用度和/或功效。由于顺铂在我们的仿生骨模型中表现出强烈的可重复和调节的药物反应，因此可以进一步测试用于转移性乳腺肿瘤的不同化学疗法药物。

MSC分化，胶原基质沉积和矿化重塑了仿生骨骼

最后，这项研究的下一步可能是将活检后的骨转移细胞直接播种到我们的骨模型中，不进行PDX分期，以便更接近临床。此外，正如最近有报道称，转移性骨微环境可以调节癌症对免疫治疗的反应，我们的仿生骨模型也可以在存在免疫细胞的情况下用于研究骨微环境如何调节肿瘤对免疫治疗的反应。

TNBC PDX在仿生骨支架中的克隆和增殖

BMBC 

仿生骨支架促进TNBC PDX细胞的化学抗性

参考文献

G W H A , B R E B , B E M , et al. In vitro bone metastasis dwelling in a 3D bioengineered niche[J]. Biomaterials, 2020.

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120624