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癌症病人有望定制“个性疗法”

潘雨希2014-04-30 04:40:59

孙伟博士向《好奇心日报》透露,这只是实验的第一步,他的最终目的是为每个癌症病人建立自己的体外3D肿瘤档案,从而实现个性化的癌症治疗方案。 “生物3D打印和其他的3D打印原理是一样的,都是把东西从无到有、一层一层的打出来,”孙伟博士说,“但是生物3D打印要打的是有生物活性的东西,不但打出来的细胞要能存活,同时还要具有癌症的功能和肿瘤的特性。”

日前,Biofabrication上发表了孙伟博士团队的研究成果,他们用自己研发的生物3D打印机打印出了高仿生的宫颈癌癌症肿瘤。孙伟博士向《好奇心日报》透露,这只是实验的第一步,他的最终目的是为每个癌症病人建立自己的体外3D肿瘤档案,从而实现个性化的癌症治疗方案。

“生物3D打印和其他的3D打印原理是一样的,都是把东西从无到有、一层一层的打出来,”孙伟博士说,“但是生物3D打印要打的是有生物活性的东西,不但打出来的细胞要能存活,同时还要具有癌症的功能和肿瘤的特性。”

从他们发表的研究报告来看,孙伟博士的团队先是将凝胶、纤维蛋白和宫颈癌细胞的混合物注入到经过改进的3D细胞打印机中,然后打印机会一层层地打出一个长10mm、宽10mm、高2mm的网状结构,就像构成癌症肿瘤的纤维蛋白。癌细胞自己会不断生长,八天之后,一个圆球形状的肿瘤就形成了。“变成球体,就意味着该结构具有了肿瘤特性。”孙伟博士介绍说。

这是癌症细胞第一次在体外呈现出“肿瘤”的形态。一直以来,由于伦理和法律的限制,药物的活体实验在很大程度上是不被允许的。而人体的替代品——动物体,其免疫系统和人体并非完全一样,因此在动物体上的实验结果不能完全采信。科学家只能通过提取癌症细胞,并在培养皿上培养的方式建立癌症肿瘤的“2D模型”。对于“3D模型”,也有一些科学家进行过探索,比如他们会先做一个球体放在细胞的培养液当中,然后让很多肿瘤细胞吸附上去,形成一个所谓的3D结构。但是,这样做出的模型中,细胞是无序排列的,所有的细胞都挤在一起。

而3D打印则克服了“无序”的问题。他们会研究正常细胞和癌症细胞在某种肿瘤中的排列方式,在3D打印的程序中设定好打印的顺序。另外,他们还找到与细胞间介质最像的材料,来模拟肿瘤的真实环境(如用凝胶模拟胶原蛋白)。实验证明,3D打印出来的模型无论是在形状、增殖情况还是基因和蛋白质表达上都可以更好地展示肿瘤的特征。

“只有3D打印,其他任何的技术都无法做到。”孙伟博士说。

不过,即使是已经在3D打印领域有二十年实践经验的孙伟博士,也坦承目前的生物打印专利技术是经过了长期的摸索,因为他要求在3D打印后,细胞的存活率要超过90%。“我们希望细胞存活的多一些,因为细胞损伤之后会有一些其他的反应,使模型的精确性受到影响。”孙伟博士说,这需要通过调节工艺参数和材料的组合、打印的形式等才能达到,“比如用什么材料、材料的配比、溶液的浓度、温度、介质的粘度、挤压和有序排列的速度等,是一个非常复杂的系统参数。”

虽然研发过程非常艰辛,但是该技术的应用前景是非常广阔的。除了有助于癌症疗法的研究和癌症新药的测试,孙伟博士特别提到了该技术的临床应用——为癌症患者提供个性化的癌症治疗方案。3D打印本身的个性化特点使这种生物3D打印机可以为任何人的任何种癌症打出相应的肿瘤模型。

“医生在给病人下药的时候就可以不处方常规的癌症药,因为常规的癌症药是针对一般人的,但有了特定的模型之后,医生就可以对特定病人根据肿瘤模型对不同药的敏感情况、药物的有效性和安全性来制定特定的治疗方案,”孙伟博士说,“比如用化疗的话,化疗的步骤有多少,就可以根据这个模型来确定。”

除了加强与癌症研究专家的合作之外,孙伟博士下一步的重点将放在这一技术的产业化上。未来这一技术可能在临床上普遍应用应该是癌症患者希望听到的消息。

题图来自Trunews


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