生物3D打印应用新突破！助力实体瘤CAR-T疗法的评价与优化
CAR-T疗法作为一种新兴肿瘤免疫治疗方法，在临床治疗多种肿瘤中表现出显著潜力，在部分血液肿瘤中已经实现治愈癌症。但CAR-T在实体瘤中的潜力受限于细胞外基质（ECM）形成的物理屏障、肿瘤免疫抑制性等各项肿瘤微环境特征；而传统的2D细胞培养、动物模型或基于Matrigel等较软基质材料的3D培养模型在模拟肿瘤组织物理特征等方面均有局限。
CAR-T细胞疗法评价、优化新工具
由于建立具有精确机械性能的实体瘤模型面临挑战，加州大学圣地亚哥分校与南加州大学研究团队采用DLP生物3D打印系统制造了具有不同硬度的3D脑胶质母细胞瘤（GBM）模型，该模型成功模拟了肿瘤的硬性状态，并揭示CAR-T细胞在实体瘤中面临的渗透与治疗挑战。生物3D打印的肿瘤模型为CAR-T的疗效评价提供了一种仿生、高效的工具，研究团队基于发现的现象优化了针对实体瘤的热诱导HS-CAR-T细胞，成功突破硬性肿瘤模型，实现了更高的肿瘤杀伤效果。仿生的生物3D打印实体瘤模型在评价和优化针对实体瘤的CAR-T细胞疗法中展现出巨大潜力。研究成果Heat-inducible CAR-T overcomes adverse mechanical tumor microenvironment in a 3D bioprinted glioblastoma model发表于《Materials Today Bio》。赛箔生物首席科学家汤忞博士与加州大学圣地亚哥分校的Yunjia Qu为共同第一作者，加州大学圣地亚哥分校的Shaochen Chen教授和南加州大学的Yingxiao Wang教授为共同通讯作者。本研究主要关注了实体瘤的一项关键物理特征，ECM硬度，未来采用生物3D打印可以进一步整合其他肿瘤微环境特征，如免疫细胞、血管化、不同ECM成分等，以进一步优化体外3D模型的仿生性和临床相关性。
研究内容
脑胶质瘤是最常见的成人中枢系统恶性肿瘤，其中脑胶质母细胞瘤（GBM）恶性程度最高，五年生存率仅为6.9%，且这种癌症具有极高的复发风险，使得治疗难度大大增加。CAR-T作为具有临床潜力的细胞疗法，也是GBM治疗新方法的研究热点。因此本研究为靶向GBM肿瘤细胞的CAR-T建立了生物3D打印仿生GBM模型，评价CAR-T抗GBM效果、揭示CAR-T耐药机制、启发CAR-T优化方法。
DLP生物3D打印技术构建仿生3D实体瘤模型
研究团队采用生物材料和DLP生物打印系统，通过调节光照和生物墨水成分，制造出具有可调节细胞外基质（ECM）硬度的仿生GBM肿瘤3D模型。
CAR-T细胞在模拟实体瘤硬度的GBM模型中杀伤效果降低
GD2-CAR-T细胞在儿童神经母细胞瘤患者的临床实验中显示出疗效，成人GBM组织也具有较高的GD2表达，因此可能具有临床获益潜力。为了评估生物3D打印的GBM模型评估CAR-T细胞治疗效果的适用性，研究团队构建了GD2-CAR-T细胞。实验结果表明，在2D培养和球状培养条件下，GD2-CAR-T细胞表现出对GBM肿瘤细胞的高效杀伤能力，24小时内可导致约80%的肿瘤细胞死亡。在生物3D打印的GBM模型中，CAR-T的杀伤效果显著降低；其中硬模型中GBM细胞对CAR-T的耐药性又显著高于软模型，揭示ECM硬度对于CAR-T疗法的直接影响，原因之一可能是通过阻碍T细胞渗透实体瘤从而影响疗效。
热诱导增强CAR-T的肿瘤杀伤效果
此外，重复的抗原刺激可能是降低CAR-T疗法的整体治疗效果的原因之一。研究团队通过将GD2-CAR与热诱导元件启动子（7HE）连接，实现可控和可逆的GD2-CAR表达，CAR-T细胞具有休息期，热诱导后6小时，抗体染色显示约80%的细胞表达CAR，但在诱导24小时后降至30%。在没有热诱导的情况下，没有检测到CAR表达。HS-CAR-T细胞可以重复诱导，在相同的加热参数下进行第二次和第三次热诱导，可以成功再次诱导T细胞表达CAR-T细胞的生长和活力不受反复加热的影响，但重复加热可以通过CD69表达进一步激活T细胞，并赋予CAR-T细胞更高的杀伤能力和颗粒酶B及穿孔素表达。与抗原呈递的U87细胞共培养后，CAR-T细胞进一步激活，并表现出更高的细胞毒性功能。
热诱导的CAR-T细胞突破3D打印的硬性肿瘤微环境
最终，研究团队在不同硬度的生物3D打印GBM模型中研究了热诱导CAR-T细胞的治疗效果。研究团队采用重复加热方案，首次加热仅用于HS-CAR-T细胞，随后对含有HS-CAR-T细胞和肿瘤细胞的共培养板进行热诱导。在重复加热下与3D肿瘤模型共培养72小时后，HS-CAR-T细胞在硬性3D模型中对U87和CW468细胞系表现出比标准CAR-T细胞显著更高的肿瘤清除能力。这与2D共培养的结果形成鲜明对比，在2D共培养中，HS-CAR的细胞毒性低于标准CAR-T细胞。这种差异可能归因于2D杀伤实验持续时间较短以及一次性HS方案，而HS-CAR-T细胞表现出可逆的CAR表达，随着共培养时间的延长而提高了细胞毒性。
总结
生物3D打印的实体瘤模型为CAR-T的疗效评价提供了一种仿生、高效的工具，促使CAR-T研发团队优化获得针对实体瘤的热诱导HS-CAR-T细胞，成功突破硬性肿瘤模型，实现了更高的肿瘤杀伤效果。仿生的生物3D打印实体瘤模型在评价和优化针对实体瘤的CAR-T细胞疗法中有巨大潜力。
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