肿瘤微环境 | ACS：华中科大刘熙秋团队开发骨肉瘤高通量体外模型，助力机制研究和靶点预测

骨肉瘤（OS）是一种侵袭性的肉瘤，但主要在青少年群体中出现。我国骨肉瘤的发病率约为3/100万，占恶性肿瘤的0.2%。骨肉瘤不仅容易复发而且早期转移率高。在初诊的骨肉瘤患者中，约有10%-20%的患者已经出现远处转移。骨肉瘤一旦发生转移和复发，往往预示着预后不良，其5年整体生存率为20%-30%，治疗手段是上世纪80年代沿用至今的手术切除和术后化疗。

因此，有必要在骨肉瘤病因和发病机制上做进一步深入的研究，只有“找到病因、对症施治”，有可能在骨肉瘤治疗中取得更好的疗效。但骨肉瘤属于罕见病范畴，临床样品数量偏少，缺乏合适的体内外模型，很大程度上限制了相应的基础研究和新药开发。

近日，华中科技大学同济医学院药学院刘熙秋团队（博士研究生王美棱）在  ACS Materials Letters 期刊发表了题为：In Vitro Osteosarcoma Models Based on 3DPrinted Composite Scaffolds to Reveal CellularResponses, Molecular Mechanisms and Predictive Biomarkers 的研究论文。

该研究根据癌症发展前中后期骨基质在物理形貌和力学性质上的差别，利用不同比例的羟基磷灰石和β-磷酸三钙为材料结合3D打印技术构建出早期骨、异生骨和溶解骨三种骨基质模型，进行肿瘤类器官的培养，表征癌细胞的黏附、增殖、迁移、上皮间质标志物表达等表型，并实现了常规分子生物学技术、代谢组学与高通量分析的充分有机结合进行分子机理研究（图1）。

图1. 体外骨肉瘤模型的构建、细胞表型表征和分子机理研究

该研究发现，促细胞生长和增殖的排序是：早期骨基质模型>异生骨基质模型>溶解骨基质模型。培养在早期骨基质和异生骨基质中的癌细胞会出现更多的伪足，1周后细胞以汇合的方式覆盖基质模型中纤维的整个表面，而在溶解骨基质中培养的细胞仅能观察到聚合体存在。

在研究癌细胞的转移能力上，重点关注了骨基质中细胞整体从一根纤维跨越到另一根纤维的运动行为，以此评估形成新转移灶的潜能。在早期骨基质中，癌细胞横跨相邻纤维之间的效果最为明显，生长距离从33.0±3.5μm（6小时）增加到55.8±4.2μm（24小时）。在异生骨基质中，细胞迁移能力略有下降，生长距离从25.8±3.7μm（6小时）增加到36.4±3.4μm（24小时）。然而在溶解骨基质中，培养24小时后依然鲜有细胞迁移到纤维间隙中。经过2周的长时间培养后三种骨基质模型的差异更为明显，在早期骨基质和异生骨基质中，相邻纤维间隙内有明显可见的细胞分布且生长方向呈随机趋势，但此现象在溶解骨基质中未被观察到，说明在早期骨和异生骨基质中癌细胞迁移形成新转移灶的潜能更大。

图2. 利用三种体外骨肉瘤模型研究癌细胞的转移能力

在上皮间质标志物表达方面，免疫染色结果显示E-cadherin在常规2D单层培养和3D球囊培养的癌细胞中均出现明显表达，但在三种骨基质模型中其表达量却几乎可以忽略。而vimentin的表达趋势则正好相反，在常规2D单层培养和3D球囊培养的癌细胞中呈现阴性，在三种骨基质模型中表达显著升高。结果表明利用常规方法培养的癌细胞倾向于维持上皮表型，而间充质表型在模拟骨骼微环境的骨基质中孵育后才开始出现。MMP-2在早期骨基质和异生骨基质中呈现高表达，但在溶解骨基质中表达较弱，预示着在这种微环境下癌细胞的转移能力有限（图3）。

图3. 体外骨肉瘤模型与常规2D和3D培养方式在上皮-间质转化上的区别

在分子机理研究方面，发现在骨肉瘤的不同阶段均有特定的脂类代谢物呈现高表达：早期（雌酮葡糖苷酸）、发展期（牛磺胆酸）、转移期（亚油酸），具备作为骨肉瘤特异性标志物的潜力，改变骨肉瘤临床病理检测中只有通用标志物缺乏特征标志物的现状。在体外模拟骨肉瘤发展进程中均发现了脂肪酸合成酶（FASN）的高表达，与63.2%的临床病理样本结果吻合，预示着FASN有望成为骨肉瘤的新型药物治疗靶点（图4）。

图4. 利用体外骨肉瘤模型进行分子机理研究

来源：生物世界

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c01049

转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号

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