工程化的三维乳腺组织，脂肪组织和肿瘤疾病模型制造技术

所描述的是三维、工程化的生物乳腺组织，脂肪组织和肿瘤模型，包括乳腺癌模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年4月4日提交的美国申请第61/975640号和2014年4月8日提交的美国申请第61/976895号的权益，其中的每一篇通过引用以其整体并入。
技术介绍
在美国，癌症是死亡的第二大原因，仅次于心脏疾病，在每4例死亡中占近1例。在他们的一生中，8分之一的美国女性将患乳腺癌。美国癌症协会估计，在美国，2014年期间将在女性中诊断出232670例新的浸润性乳腺癌病例；在男性中预计有约2360例新病例。迫切需要有针对性的，安全的乳腺癌疗法，特别是针对屈光疾病。
技术实现思路
癌细胞与由成纤维细胞、内皮细胞、脂肪细胞和免疫细胞组成的周围的间质细胞之间的相互作用在癌症开始、发展和转移中发挥关键作用。间质细胞调节细胞信号传导，发挥对癌细胞的结构支撑作用，并影响血管生成和转移到远处的靶组织。这样，间质细胞影响癌症治疗的功效。例如，为了更精确地模拟乳腺癌的开始和进展以及更有效地确定靶向治疗剂，必须解决三维组织微环境。由成纤维细胞、内皮细胞和脂肪细胞组成的乳腺间质在癌变和转移过程中起关键作用。这些细胞类型分泌影响治疗剂如何访问和靶向癌细胞的细胞外基质、生长因子以及激素。二维癌细胞系培养物作为用于测试抗癌剂的模型具有几个不足之处。首先，目前的二维癌症模型不能准确地模拟疾病开始和发展。其次，目前的二维癌症模型不能提供生理相关的间质环境。其结果是，当前的二维癌症模型不能充分地表现出对抗癌治疗剂的天然样反应。例如，相比于临床观察，二维细胞培养物模型通常表现出对治疗剂的过度反应。此外，许多相关组织的天然间质包括脂肪细胞。在许多情况下，具有生理相关的间质环境的天然样肿瘤疾病模型包括存活的脂肪细胞。现有的组织制造方法缺乏产生包括存活的脂肪细胞的工程化组织的充足能力。差异化的脂肪细胞是脆弱的，并且以前没有技术能够沉积这些重要的间质细胞而不破坏或摧毁它们。存在这样的未满足的需要，即改进临床前肿瘤模型以克服对有效的药物开发的障碍，包括弥补二维细胞系和三维动物模型的使用之间的差距。具体地，存在这样的未满足的需要，即开发这样的模型体系，所述模型体系包含了与癌症如乳腺癌的发展生理学相关的多种细胞类型，所述模型体系能够更精确和有效地筛选靶向治疗剂以及开发新的用于早期检测的成像方式。本公开的目的包括：1)提出这样的专利技术，其中人类癌细胞由间质细胞，包括成纤维细胞、脂肪细胞和内皮细胞包围，目的是筛选靶向癌症疗法和开发新的显像剂；和2)提出这样的专利技术，其中从正常上皮产生的人乳腺癌细胞由间质细胞，包括成纤维细胞、脂肪细胞和内皮细胞包围，目的是筛选靶向癌症疗法和开发新的显像剂。本文所公开的肿瘤疾病模型相比于目前的筛选工具具有几个优点，其中包括同时测量小分子对癌细胞以及组织微环境中的不同的细胞类型的影响的能力。本文所公开的生物打印的新组织(neotissues)的组织形态学分析证明它们是稳定的并且在培养基中可存活至少14天，而且它们的特征在于脂肪、间质和上皮组分的明确区室化(compartmentalization)。在生物打印过程中，采用内皮细胞创建稳健的微血管网络作为三维组织设计的一个组成部分。在一方面，本文公开的是三维的，工程化的，生物学肿瘤模型，其包括：间质组织；和肿瘤组织；所述肿瘤组织包括癌细胞，所述肿瘤组织由间质组织从各个侧面包围以形成三维的，工程化的，生物肿瘤模型；条件是该间质组织是从间质生物墨水生物打印的，肿瘤组织是从肿瘤生物墨水生物打印的，或间质组织和肿瘤组织两者都是从它们各自的生物墨水生物打印的。在一些实施方案中，该模型基本上不含预成型支架。在一些实施方案中，间质组织包括：内皮细胞，成纤维细胞和脂肪细胞，前脂肪细胞，或脂肪细胞和前脂肪细胞两者。在进一步的实施方案中，间质组织包含55％-75％的成纤维细胞，15％-35％的内皮细胞，和1％-20％的脂肪细胞。在一些实施方案中，肿瘤组织包括肿瘤细胞系的细胞。在其他实施方案中，肿瘤组织包括来自患者肿瘤的原发癌细胞。在一些实施方案中，肿瘤组织包括内皮细胞。在进一步的实施方案中，肿瘤组织包括65-85％的癌细胞和15％-35％的内皮细胞。在一些实施方案中，肿瘤模型在其最小维度为约250μm至约5mm。在一些实施方案中，间质组织是人乳腺癌间质且肿瘤组织是人乳腺肿瘤。在一些实施方案中，肿瘤组织完全由间质组织从各个侧面包围，以形成三维的，工程化的，生物肿瘤模型。在另一个方面，本文公开的是一种制造三维的，工程化的生物肿瘤模型的方法，所述方法包括：制备间质生物墨水，所述间质生物墨水含有挤出化合物和多个间质细胞类型；制备肿瘤生物墨水，所述肿瘤生物墨水包含挤出化合物和癌细胞类型；沉积间质生物墨水和肿瘤生物墨水，使得肿瘤生物墨水嵌入间质生物墨水中并从各个侧面接触间质生物墨水；以及在细胞培养基中使沉积的生物墨水熟化以除去挤出化合物并允许细胞凝集以形成三维的，工程化的生物肿瘤模型。在一些实施方案中，通过生物打印沉积生物墨水。在一些实施方案中，挤出化合物包括藻酸盐。在一些实施方案中，可通过酶消化除去挤出化合物。在进一步的实施方案中，该方法还包括交联所沉积的生物墨水以在细胞凝聚之前物理地稳定肿瘤模型结构。在更进一步的实施方案中，该方法进一步包括在细胞凝聚后通过酶促降解除去交联的生物墨水。在一些实施方案中，间质细胞类型包括内皮细胞，成纤维细胞和脂肪细胞或前脂肪细胞。在进一步的实施方案中，间质生物墨水包括55％-75％的成纤维细胞，15％-35％的内皮细胞，以及1％-20％的脂肪细胞。在一些实施方案中，癌细胞类型包括癌细胞系。在其他实施方案中，所述癌细胞类型包括来自患者肿瘤的原发癌细胞。在一些实施方案中，肿瘤生物墨水还包含内皮细胞。在一些实施方案中，间质生物墨水包含每毫升约50百万个细胞至每毫升约300百万个细胞。在一些实施方案中，肿瘤生物墨水包含每毫升约50百万个细胞至每毫升约300百万个细胞。在一些实施方案中，细胞培养基包含支持人成纤维细胞、人内皮细胞，脂肪细胞和癌细胞的生长，维持或分化的可溶性组分。在一些实施方案中，沉积该间质生物墨水和肿瘤生物墨水还包括：在表面上沉积第一片间质生物墨水；在第一片间质生物墨水上沉积间质生物墨水的连续边界以限定一个隔室，隔室的一侧开口；在隔室中沉积肿瘤生物墨水的结(node)；和沉积第二片间质生物墨水以关闭隔室的开口侧。在一些实施方案中，肿瘤模型是乳腺癌模型。在另一个方面，本文公开的是三维的，工程化的生物乳腺癌模型，包括：乳腺间质组织，所述间质组织包括人乳腺成纤维细胞，人内皮细胞和人脂肪细胞；和乳腺癌肿瘤组织；所述肿瘤组织包括乳腺癌细胞和人内皮细胞，所述肿瘤组织由所述间质组织从各个侧面包围，以形成三维的，工程化的生物乳腺癌模型；条件是所述间质组织是从间质生物墨水生物打印的，肿瘤组织是从肿瘤生物墨水生物打印的，或间质组织和肿瘤组织两者都从它们各自的生物墨水生物打印的。在一些实施方案中，所述模型基本上不含预成型支架。在一些实施方案中，乳腺间质组织包含55％-75％的成纤维细胞，15％-35％的内皮细胞，以及1％-20％的脂肪细胞。在一些实施方案中，乳腺癌细胞源自乳腺癌细胞系。在其他实施方案中，乳腺癌细胞是来自患者肿瘤的原发癌细胞。在一些实施方案中，乳腺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维的、工程化的生物肿瘤模型，其包括：a.间质组织；和b.肿瘤组织；所述肿瘤组织包括癌细胞，所述肿瘤组织由间质组织从各个侧面包围以形成三维的，工程化的，生物肿瘤模型；条件是该间质组织是从间质生物墨水生物打印的，肿瘤组织是从肿瘤生物墨水生物打印的，或间质组织和肿瘤组织两者都是从它们各自的生物墨水生物打印的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.04 US 61/975,640;2014.04.08 US 61/976,8951.一种三维的、工程化的生物肿瘤模型，其包括：a.间质组织；和b.肿瘤组织；所述肿瘤组织包括癌细胞，所述肿瘤组织由间质组织从各个侧面包围以形成三维的，工程化的，生物肿瘤模型；条件是该间质组织是从间质生物墨水生物打印的，肿瘤组织是从肿瘤生物墨水生物打印的，或间质组织和肿瘤组织两者都是从它们各自的生物墨水生物打印的。2.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，所述模型基本上不含预成型支架。3.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，间质组织包括：a.内皮细胞，b.成纤维细胞，和c.脂肪细胞，前脂肪细胞，或脂肪细胞和前脂肪细胞两者。4.根据权利要求3所述的肿瘤模型，其中，间质组织包含55％-75％的成纤维细胞，15％-35％的内皮细胞，和1％-20％的脂肪细胞。5.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，所述肿瘤组织包括癌细胞系的细胞。6.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，肿瘤组织包括来自患者肿瘤的原发癌细胞。7.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，肿瘤组织包括内皮细胞。8.根据权利要求7所述的肿瘤模型，其中，肿瘤组织包括65-85％的癌细胞和15％-35％的内皮细胞。9.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，肿瘤模型的最小维度为250μm至5mm。10.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，间质组织是人乳腺癌间质且肿瘤组织是人乳腺肿瘤。11.根据权利要求1所述的肿瘤模型，其中，肿瘤组织完全由间质组织从各个侧面包围，以形成三维的，工程化的，生物肿瘤模型。12.一种制造三维的，工程化的生物肿瘤模型的方法，所述方法包括：a.制备间质生物墨水，所述间质生物墨水含有挤出化合物和多个间质细胞类型；b.制备肿瘤生物墨水，所述肿瘤生物墨水包含挤出化合物和癌细胞类型；c.沉积间质生物墨水和肿瘤生物墨水，使得肿瘤生物墨水嵌入间质生物墨水中并从各个侧面接触间质生物墨水；以及d.在细胞培养基中使沉积的生物墨水熟化以除去挤出化合物并允许细胞凝聚以形成三维的，工程化的生物肿瘤模型。13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过生物打印沉积生物墨水。14.根据权利要求12所述的方法，其中，挤出化合物包括藻酸盐。15.根据权利要求12所述的方法，其中，可通过酶消化除去挤出化合物。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括交联所沉积的生物墨水以在细胞凝聚之前物理地稳定肿瘤模型结构。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法进一步包括在细胞凝聚后通过酶促降解除去交联的生物墨水。18.根据权利要求12所述的方法，其中，间质细胞类型包括内皮细胞，成纤维细胞和脂肪细胞或前脂肪细胞。19.根据权利要求18所述的方法，其中，间质生物墨水包括55％-75％的成纤维细胞，15％-35％的内皮细胞，以及1％-20％的脂肪细胞。20.根据权利要求12所述的方法，其中，癌细胞类型包括癌细胞系。21.根据权利要求12所述的方法，其中，所述癌细胞类型包括来自患者肿瘤的原发癌细胞。22.根据权利要求12所述的方法，其中，肿瘤生物墨水还包含内皮细胞。23.根据权利要求12所述的方法，其中，间质生物墨水包含每毫升50百万个细胞至每毫升300百万个细胞。24.根据权利要求12所述的方法，其中，肿瘤生物墨水包含每毫升50百万个细胞至每毫升300百万个细胞。25.根据权利要求12所述的方法，其中，细胞培养基包含支持人成纤维细胞、人内皮细胞，脂肪细胞和癌细胞的生长，维持或分化的可溶性组分。26.根据权利要求12所述的方法，其中，沉积间质生物墨水和肿瘤生物墨水还包括：a.在表面上沉积第一片间质生物墨水；b.在第一片间质生物墨水上沉积间质生物墨水的连续边界以限定隔室，所述隔室的一侧开口；c.在所述隔室中沉积肿瘤生物墨水的结；和d.沉积第二片间质生物墨水以关闭所述隔室的开口侧。27.根据权利要求12所述的方法，其中，肿瘤模型是乳腺癌模型。28.一种三维的，工程化的生物乳腺癌模型，其包括：a.乳腺间质组织，所述间质组织包括人乳腺成纤维细胞，人内皮细胞和人脂肪细胞；和b.乳腺癌肿瘤组织；所述肿瘤组织包括乳腺癌细胞和人内皮细胞，所述肿瘤组织由所述间质组织从各个侧面包围，以形成三维的，工程化的生物乳腺癌模型；条件是所述间质组织是从间质生物墨水生物打印的，肿瘤组织是从肿瘤生物墨水生物打印的，或间质组织和肿瘤组织两者都从它们各自的生物墨水生物打印的。29.根据权利要求28所述的乳腺癌模型，其中，所述模型基本上不含预成型支架。30.根据权利要求28所述的乳腺癌模型，其中，间质组织包含55％-75％的成纤维细胞，15％-35％的内皮细胞，以及1％-20％的脂肪细胞。31.根据权利要求28所述的乳腺癌模型，其中，乳腺癌细胞源自乳腺癌细胞系。32.根据权利要求28所述的乳腺癌模型，其中，乳腺癌细胞是来自患者肿瘤的原发癌细胞。33.根据权利要求28所述的乳腺癌模型，其中，乳腺癌肿瘤组织包括65-85％的癌细胞和15％-35％的内皮细胞。34.根据权利要求28所述的乳腺癌模型，其中，乳腺癌模型的最小维度是250μm至5mm。35.根据权利要求28所述的乳腺癌模型，其中，乳腺癌肿瘤组织完全由乳腺间质组织从各个侧面包围，以形成三维的，工程化的生物乳腺癌模型。36.一种制造三维的，工程化的生物乳腺癌模型的方法，所述方法包括：a.制备间质生物墨水，所述间质生物墨水包括多个间质细胞类型，所述间质细胞类型包括：挤出化合物，人乳腺成纤维细胞，人内皮细胞和人脂肪细胞；b.制备肿瘤生物墨水，所述肿瘤生物墨水包括：挤出化合物，乳腺癌细胞类型和人内皮细胞；c.沉积间质生物墨水和肿瘤生物墨水，使得肿瘤生物墨水嵌入在间质生物墨水中并从各个侧面与间质生物墨水接触；以及d.在细胞培养基中使沉积的生物墨水熟化以去除挤出化合物从而允许细胞凝聚，以形成三维的，工程化的生物乳腺癌模型。37.根据权利要求36所述的方法，其中，通过生物打印沉积生物墨水。38.根据权利要求36所述的方法，其中，挤出化合物包括藻酸盐。39.根据权利要求36所述的方法，其中，挤出化合物可通过酶消化除去。40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述方法还包括交联所述沉积的生物墨水以在细胞凝聚之前促进维持乳腺癌模型结构。41.根据权利要求40所述的方法，其中，该方法还包括在细胞凝聚后通过酶促降解除去交联的生物墨水。42.根据权利要求36所述的方法，其中，间质生物墨水包括55％-75％的人乳腺成纤维细胞，15％-35％的人内皮细胞和1％-20％的人脂肪细胞。43.根据权利要求36所述的方法，其中，乳腺癌细胞类型包括乳腺癌细胞系。44.根据权利要求36所述的方法，其中，所述癌细胞类型包括来自患者肿瘤的原发乳腺癌细胞。45.根据权利要求36所述的方法，其中，间质生物墨水包含每毫升50百万个细胞至每毫升300百万个细胞。46.根据权利要求36所述的方法，其中，肿瘤生物墨水包含每毫升50百万个细胞至每毫升300百万个细胞。47.根据权利要求36所述的方法，其中，细胞培养基包含支持人成纤维细胞、人内皮细胞、脂肪细胞和癌细胞的生长、维持或分化的可溶性组分。48.根据权利要求36所述的方法，其中，沉积间质生物墨水和肿瘤生物墨水还包括：a.在表面上沉积第一片间质生物墨水；b.在第一片间质生物墨水上沉积间质生物墨水的连续边界以限定隔室，隔室的一侧开口；c.在隔室中沉积肿瘤生物墨水的结；和d.沉积第二片间质生物墨水以关闭隔室的开口侧。49.根据权利要求36所述的方法，其中，脂肪细胞是前脂肪细胞，并且该方法还包括提供脂肪细胞分化信号到前脂肪细胞。50.一种鉴定用于个体中的癌症的治疗剂的方法，该方法包括：a.制备间质生物墨水，所述间质生物墨水包括多个间质细胞类型；b.制备肿瘤生物墨水，所述肿瘤生物墨水包含来自个体的原发癌细胞；c.沉积间质生物墨水和肿瘤生物墨水，使得肿瘤生物墨水嵌入在间质生物墨水中并从各个侧面与间质生物墨水接触；d.在细胞培养基中熟化沉积的生物墨水以使细胞凝聚，以形成三维的，工程化的生物构建体；e.对构建体施加候选治疗剂；f.测量癌细胞的生存能力；和g.基于癌细胞的测量的生存能力为个体选择治疗剂；条件是通过生物打印沉积构建体的至少一种组分。51.根据权利要求50所述的方法，其中，间质生物墨水和肿瘤生物墨水通过生物打印沉积。52.根据权利要求50所述的方法，其中，生物墨水进一步包括挤出化合物。53.根据权利要求50所述的方法，其中，挤出化合物可通过酶消化除去。54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述方法还包括交联所沉积的生物墨水以在细胞凝聚之前物理地稳定肿瘤模型结构。55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述方法还包括在细胞凝聚后通过酶促降解除去交联的生物墨水。56.根据权利要求50...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔比·玛丽·金，黛博拉·林恩·格林·阮，维维安·A·戈尔根，本杰明·R·谢泼德，莎伦·C·普雷斯内尔，罗莎莉·西尔斯，布列塔尼·艾伦彼得森，埃伦·兰格，
申请(专利权)人：奥加诺沃公司，俄勒冈健康科学大学，
类型：发明
国别省市：美国;US