一种骨肉瘤类器官模型、构建方法及应用技术

本发明专利技术提供一种骨肉瘤类器官模型，所述骨肉瘤模型类器官模型至少包括生物支架和负载于生物支架上的骨肉瘤细胞和骨髓间充质干细胞来源的外泌体；所述生物支架是用水凝胶制剂构造的纵横交错的立体结构，所述水凝胶制剂包括脱细胞基质和纤维蛋白。本发明专利技术首次使用dOsEM

【技术实现步骤摘要】
一种骨肉瘤类器官模型、构建方法及应用


[0001]本专利技术涉及医药领域，特别是涉及一种骨肉瘤类器官模型、构建方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，肿瘤相关的生物医学研究主要依赖于体外培养的人体细胞或啮齿动物模型。虽然 利用体外培养细胞进行研究可以直接反映出药物的效应，但在生理学功能方面的反应则与人 体真实生理功能仍有明显不同。与之相比，动物模型能够模拟某一器官或多器官水平的生理 功能，但其局限性在于动物和人类生理功能固有的差异会使得部分对肿瘤有效的候选药物在 人体试验时面临失败的风险。生物仿生系统尤其是器官芯片是近年来出现的体外研究组织生 理，病理功能的重要模型。它是指建立在微流体芯片上的微型工程化仿生机体组织系统，可 以结合人体细胞体外模拟模型以及啮齿动物模型的优点，通过模拟人体血液循环系统的作用 培养人体组织，构建出与人体组织相似的组织结构。通过开发和利用这些微循环系统，可以 建立体外组织生理、病理疾病模型以理解生物学机制，并进行潜在药物的筛选。以上研究表 明这些微流控系统在医学领域的生物医学，药物和毒理学应用中具有巨大潜力。
[0003]尽管器官芯片在临床应用有着巨大的应用前景。现有的3D骨肉瘤器官芯片因为加工工 艺的影响，仍然不能微观地调控骨肉瘤基质的空间结构以及细胞分布等，也不能准确地调控 基质中氧及营养物质的交换，因此不能在微观水平上精确模拟骨肉瘤组织的高增殖活性、高 细胞密度以及强基质
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细胞相互作用的特性，与体内活性骨肉瘤组织仍有一定差距。并且， 单一器官芯片目前只是单一的研究循环系统的机械刺激对于生理病理行为的影响，其大大忽 视了其他实质器官生物功能及代谢行为与肿瘤发生发展以及治疗的关系，因为不能很好的模 拟体内的生物进程。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种骨肉瘤类器官模型、构建方 法及应用。
[0005]本专利技术通过“3D生物打印技术”以及“类器官芯片模型”的结合应用，(1)在微流控 芯片上3D打印dOsEM
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Fibrin水凝胶支架负载病人骨肉瘤细胞和BMSC
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EV，构建出可模拟 体内骨肉瘤基质微环境的成分
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结构多级仿生的类器官动态培养模型。并通过3D多级仿生类 器官芯片筛选药物联用方案用于高增殖活性骨肉瘤的治疗潜力。
[0006]本专利技术通过在微流控芯片上3D打印骨组织脱细胞基质(dOsEM
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Fibrin)的水凝胶支架， 结合骨肉瘤细胞以及BMSC
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EV构建出可模拟体内骨肉瘤高增殖及转移活性的多级仿生骨肉 瘤类器官动态培养模型。并探究多种抑制剂联合骨肉瘤一线化疗药物对于高增殖活性骨肉瘤 的治疗效果，明确本模型在骨肉瘤个性化诊治中的应用价值。
[0007]本专利技术将有助于深入了解生理、病理微环境中的理化成分及物理结构对骨肉瘤细胞增 殖、粘附行为的具体作用及其机制，明确基于3D生物打印构建的多级仿生肿瘤器官芯
片检 测平台用于骨肉瘤体外药物筛选的重要意义，并为目前全新的生物治疗、免疫治疗以及靶向 治疗提供更接近人体的临床前药物评价平台。
[0008]本专利技术第一方面提供一种骨肉瘤类器官模型，所述骨肉瘤模型类器官模型至少包括生物 支架和负载于生物支架上的骨肉瘤细胞和骨髓间充质干细胞来源的外泌体；所述生物支架是 用水凝胶制剂构造的纵横交错的立体结构，所述水凝胶制剂包括脱细胞基质和纤维蛋白。
[0009]本专利技术第二方面提供一种骨肉瘤类器官模型的构建方法，至少包括如下步骤：
[0010]将骨髓间充质干细胞来源的外泌体和骨肉瘤细胞负载于所述生物支架上，获得骨肉瘤类 器官模型；所述生物支架是用水凝胶制剂构造的纵横交错的立体结构，所述水凝胶制剂包括 脱细胞基质和纤维蛋白。
[0011]本专利技术第三方面提供一种微流控芯片，所述微流控芯片上包含：
[0012]类器官培养区，所述类器官培养区内含有前述的骨肉瘤类器官模型；
[0013]进液口，与所述类器官培养区连通，用于泵入流体；
[0014]出液口，与所述类器官培养区连通，用于排出流体；
[0015]微流道，用于连通类器官培养区、进液口和出液口。
[0016]本专利技术第四方面提供一种微流控芯片的制备方法，至少包括如下步骤：将前述的骨肉瘤 类器官置于类器官培养区；将流体通过进液口注入为微流道和类器官培养区，获得所述微流 控芯片。
[0017]本专利技术第五方面提供一种骨肉瘤模型类器官动态培养模型，所述动态培养模型包括前述 的微流控芯片和微流泵，所述微流泵与所述微流控芯片中的进液口和出液口连通，用于为微 流控芯片内的流体流动提供动力。
[0018]本专利技术第六方面提供前述的骨肉瘤类器官模型或前述的微流控芯片或前述的骨肉瘤模型 类器官动态培养模型在抗骨肉瘤药物筛选中的应用。
[0019]如上所述，本专利技术的一种骨肉瘤类器官模型、构建方法及应用，具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术结合了目前国际上最为前沿的3D生物打印技术和类器官芯片筛选平台的优 点，又对其进一步深化和创新，首次使用dOsEM
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Fibrin水凝胶负载系统结合BMSC
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EV，通 过使用3D生物打印技术在微流控芯片上一体化构建“成分
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结构”多级仿生优化的骨肉瘤类 器官芯片，构建出可模拟体内骨肉瘤基质微环境的类器官动态培养模型，同时为后续生理及 病理性骨组织的体外3D培养也奠定了理想的模型基础。
[0021](2)本专利技术以骨基质间充质干细胞外泌体(BMSC
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EV)作为研究对象，创新性地探究 骨肉瘤基质微环境下BMSC
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EV激活CXCL12/CXCR4信号轴调控骨肉瘤细胞增殖及侵袭的具 体作用机制。系统性地阐明了3D骨肉瘤类器官芯片相比较2D培养模型更好地模拟了体内骨 肉瘤基质
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细胞相互作用下CXCL12/CXCR4的调控作用，揭示了该模型的潜在应用价值。此 外，本项目创新地深入揭示了BMSC通过分泌外泌体与基质成分共同影响骨肉瘤基质微环 境，调控骨肉瘤细胞的增殖及转移行为。
[0022](3)本专利技术创新性地通过多级仿生类器官芯片研究CXCR4特异性抑制剂Plerixafor联合 骨肉瘤一线化疗药物对于高增殖活性骨肉瘤的治疗效果，进一步验证3D打印多级仿生骨肉 瘤类器官芯片模拟体内药物作用的优势，为骨肉瘤个性化的多药物治
chip) 组与常规2D单细胞培养(2D Mono)组的比较，通过使用MTT检测细胞活性得到细胞对于 不同药物的半数致死量(IC50)结果。
[0038]图11：本专利技术的技术路线图。
[0039]图12：本专利技术的应用方式流程图。
[0040]1‑
类器官培养区
[0041]2‑
进液口
[0042]3‑
出液口
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨肉瘤类器官模型，其特征在于，所述骨肉瘤模型类器官模型至少包括生物支架和负载于生物支架上的骨肉瘤细胞和骨髓间充质干细胞来源的外泌体；所述生物支架是用水凝胶制剂构造的纵横交错的立体结构，所述水凝胶制剂包括脱细胞基质和纤维蛋白。2.如权利要求1所述的骨肉瘤类器官模型，其特征在于，还包括以下特征中的一项或多项：a.所述脱细胞基质为骨肉瘤组织的脱细胞基质；b.所述骨肉瘤细胞为活细胞；c.所述水凝胶制剂中还包括明胶；d.所述水凝胶制剂中还包括甘油；e.以水凝胶制剂的总量为基准计，所述脱细胞基质的浓度大于0且≤60mg/mL；f.以水凝胶制剂的总量为基准计，所述纤维蛋白的浓度大于0且≤60mg/mL；g.以水凝胶制剂的总量为基准计，所述骨髓间充质干细胞来源的外泌体的浓度大于0且≤300mg/mL；h.以水凝胶制剂的总量为基准计，所述骨肉瘤细胞的含量大于0且≤8*107/mL。3.如权利要求2所述的骨肉瘤类器官模型，其特征在于，当包含特征c时，以水凝胶制剂的总量为基准计，所述明胶的浓度大于0且≤60mg/mL；和/或，当包含特征d时，以水凝胶制剂的总量为基准计，所述甘油的体积分数大于0且≤30％。4.一种骨肉瘤类器官模型的构建方法，至少包括如下步骤：将骨髓间充质干细胞来源的外泌体和骨肉瘤细胞负载于所述生物支架上，获得骨肉瘤类器官模型；所述生物支架是用水凝胶制剂构造的纵横交错的立体结构，所述水凝胶制剂包括脱细胞基质和纤维蛋白。5.如权利要求4所述的骨肉瘤类器官模型的构建方法，其特征在于，还包括以下特征中的一项或多项：a.所述脱细胞基质为骨肉瘤组织的脱细胞基质；b.所述骨肉瘤细胞为活细胞；c.所述水凝胶制剂中还包括明胶；d.所述水凝胶制剂中还包括甘油；e.以水凝胶制剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：路祖俨，戴尅戎，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：