由于传统的2D癌细胞培养模型对药物存在超敏反应，且无法再现肿瘤微环境内复杂的相互作用，因而限制了其在药物筛选和开发中的应用。而当前的体外抗肿瘤药物筛选模型往往缺乏真正的灌注和引流微循环系统，无法完整复现药物的运输和作用过程。哈佛大学YuShrikeZhang教授课题组通过将生物3D打印的血管和淋巴管放置于模拟3D肿瘤微环境的水凝胶基质中，构建了一个可以模拟肿瘤微环境中某些药物化合物复杂运输机制的体外肿瘤模型，这一模型的提出将有望提高药物筛选的准确性。
相关论文ATumor-on-a-ChipSystemwithBioprintedBloodandLymphaticVesselPair近日刊登在WILEY旗下的AdvancedFunctionalMaterials杂志上。
哈佛大学团队设计构建出一种同时拥有血管和淋巴管的肿瘤芯片平台，嵌入在一个由微流动系统控制的微流控生物反应器内，并实现了GelMA水凝胶基质内MCF-7乳腺癌细胞3D培养的动态微环境。为了匹配体内对应特性，其中的中空血管和淋巴管分别利用两种不同组分的生物墨水进行打印，可以通过生物墨水组分的优化来单独调控包埋在水凝胶肿瘤基质中的血管和淋巴管的渗透性能。不同的血管/淋巴管组合以及癌细胞的分布对生物分子和抗癌药物展现出完全不同扩散曲线。这一体外模型将用于研究在抗肿瘤药物筛选的过程中，肿瘤微环境内血管和淋巴管的动力学和相互作用。
图A为复杂的体内肿瘤结构。图B为简化的肿瘤微环境中的血管和淋巴管。图C为包含血管／淋巴管的肿瘤芯片的示意图。图D为用于打印血管／淋巴管的生物墨水的组分。图E为用来同时传送生物墨水和交联剂的多层同轴喷头的配置。图F为两种分别模拟血管和淋巴管的中空管道的生物打印
文章中，研究人员通过实验证明所打印的血管和淋巴管的渗透性参数可以通过精确调控生物墨水组分来控制，从而满足不同情境下传送引流的生物要求。此外，通过药物分子的扩散实验以及细胞对药物的剂量反应证实了此平台初步功能的实现。
TOC-BBL中FITC的扩散
图A为TOC-BBL中FITC,FITC–BSA,andFITC－dextran的扩散。图B为TOC-BBL中DOX的扩散
图A为TOC-BBL中GelMA包裹的MCF-7细胞活性和伸展。图B为TOC-BBL中细胞活性的定量分析。图C为TOC-BBL中施加DOX后细胞的活性。图D为细胞活性的定量分析。图E为2D和3D培养的MCF-7细胞对DOX的剂量反应曲线。图F为不同浓度的DOX下2D和3D培养的MCF-7细胞活性。
本研究提出了一种TOC-BBL平台，包含基于生物打印的血管和淋巴管，可以同时重现传送和引流微循环，从而更好地模拟生物分子和药物的运输动力学。
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