[发明专利]肿瘤血管生成模型及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种肿瘤血管生成模型及其制备方法和应用。所述肿瘤血管生成模型包括水凝胶微纤维，所述水凝胶微纤维呈柱形体的结构，所述水凝胶微纤维具有相接触的壳结构和芯结构，且所述壳结构位于所述芯结构的径向外侧；其中，所述壳结构源自于第一水凝胶材料，所述第一水凝胶材料负载有肿瘤细胞；所述芯结构源自于第二水凝胶材料。本发明的肿瘤血管生成模型能够模拟体内肿瘤组织微环境所具有的三维结构，有利于肿瘤细胞和内皮细胞的旁分泌和自分泌功能发挥。并且，两种细胞在生长的过程中不会产生接触抑制，且符合体内肿瘤细胞的分布规律。

技术领域

本发明属于生物三维打印领域或肿瘤模型领域，具体涉及一种肿瘤血管生成模型及其制备方法。

背景技术

传统的体外研究肿瘤血管发生的方法主要是在2D培养皿中培养肿瘤细胞和/或内皮细胞，体内研究则主要依赖动物模型。

首先，2D培养具有操作简便、培养条件可控等优点，但2D培养的细胞呈单层生长，缺乏细胞-细胞及细胞-细胞外基质之间的相互作用，无法模拟体内肿瘤组织微环境所具有的三维结构，而细胞之间的相互作用和三维微环境对肿瘤的生长和血管的生成至关重要。其次，2D培养的细胞具有充足的氧气和营养物质，这与体内实体肿瘤中存在低氧环境和生物因子浓度梯度不符。因此2D模型可能会产生误导结果，为未来的临床试验提供错误的指导。再者，2D培养的细胞所分泌的细胞因子扩散在培养基中，无法达到有效的生物学浓度，不利于细胞发挥旁分泌和自分泌功能，从而在蛋白表达、细胞信号传导、细胞活性以及对药物的反应方面显示出与体内肿瘤细胞的不同。

动物模型由于存在种属差异和部分实验动物缺乏免疫反应，致使异种移植瘤的生长速度比人类肿瘤更快，导致移植瘤内未成熟的血管无法与人体内已建立较长时间的致瘤血管相比，致使动物实验结果不能准确预测在人体内的治疗效果，同时受到动物体内自身干扰因素较多以及可控性差，这些都不利于肿瘤血管生成机制的研究。鉴于上述2D培养和动物模型存在的局限性，越来越多的学者开始使用3D模型来研究肿瘤血管的发生发展机制。

3D培养为肿瘤细胞提供了体内细胞生长所需的几何结构和微环境，促进了细胞与细胞及细胞外基质之间的相互作用，在细胞增殖、迁移、侵袭、细胞信号传导和基因表达等方面更接近于体内组织。3D培养结合了2D单层培养和动物体内实验的优点，不仅具有体外细胞培养的直观性和条件可控性等优势，还可以获得类似于体内实验的生物表型。

目前研究肿瘤血管生成的3D模型大多是将肿瘤细胞和内皮细胞共培养在一个三维环境中，利用肿瘤细胞自身分泌的血管生长因子或通过添加外源性血管生长因子来促进内皮细胞出芽或成管。在这些模型中，由于肿瘤细胞和/或血管生长因子的存在是促进内皮细胞血管化的必要条件，这也造成了这些模型还存在一些缺陷。

具体来说，向共培养的三维微环境中添加外源性血管生长因子改变了微环境中固有的血管生长因子浓度，不利于肿瘤细胞和内皮细胞的旁分泌和自分泌功能发挥。直接将肿瘤细胞和内皮细胞混合在三维环境中容易造成两种细胞在生长的过程中产生接触抑制，且不符合体内肿瘤细胞的分布规律。将肿瘤细胞种植在含有内皮细胞的3D模型上可以更好的观察和分析肿瘤细胞对内皮细胞的形态结构影响，但由于是人工种植，容易造成肿瘤细胞在材料上的分布不均匀，且肿瘤细胞自身处于二维微环境中，这不利于肿瘤细胞生物学功能的发挥。

由此，在构建的3D肿瘤血管生成模型时，如何更好的发挥共培养体系中肿瘤细胞的生物学功能，对于研究内皮细胞血管化至关重要，因为肿瘤细胞不仅可以通过直接转分化成内皮细胞来参与肿瘤血管生成，更重要的是肿瘤细胞可以通过自身分泌血管生长因子来招募和影响周围内皮细胞参与肿瘤新生血管的形成。