基于平板的3D培养分析，模拟肿瘤微环境并预测体内反应

二维在体外化验不能反映所发现的肿瘤结构和环境在活的有机体内，导致在比较2D时，被筛选的测试剂的结果和药理效力存在差异在体外与在活的有机体内模型。

为了提供一个更能反映肿瘤细胞对试验药剂反应的模型在活的有机体内、Labcorp和zPREDICTA^®有联合肿瘤特异性3 d在体外模型它概括了组织生理学并模拟了实体瘤和血液恶性肿瘤的组成和结构。这一技术重点突出了不同的重建3D模型的特点和它们作为工具的使用在体外检测试剂的筛选。在这里，我们比较了肿瘤细胞系对标准护理(SoC)药物的反应在2D, 3D和在活的有机体内模型。

突出的特性¹：

• 重建的细胞外基质(ECM)允许肿瘤细胞与间充质干细胞(MSCs)、成纤维细胞、淋巴细胞、髓细胞和CAR - t细胞共培养
• 细胞可以从基质中分离出来后，测试剂暴露，并通过适当的下游应用分析，如流式细胞术，RNASeq或原位成像;在这里可以测量多个端点在体外化验
• 细胞毒性分析如CellTiter-Glo®可以在96孔和384孔分析格式的成功开发下以高通量格式进行
• 多种类型的治疗药物可以在3D模型中筛选，包括小分子、生物制剂和CAR - t细胞

三维重建骨(r-Bone)基质

r-Bone基质是研究多种恶性血液病的潜在平台在体外以及实体肿瘤转移的研究，如乳腺癌和前列腺癌转移到骨基质。

r-Bone三维模型显示出与人体离体组织相似的结构

图1:r-Bone培养骨髓(左)和转移性乳腺癌细胞的离体骨髓(右)的冷冻电子显微镜图像显示，在r-Bone ECM中保持了骨髓基质的空间和物理结构。

2D和3D培养显示出生长的差异性

在血液系统恶性肿瘤中，肿瘤细胞通常生长在骨髓中;因此，U266B1人骨髓瘤细胞在r-Bone基质中培养，并与2D培养(单独培养基)进行比较。2D培养迅速过度生长，细胞保持单细胞悬液的形态特征，而r-Bone 3D培养支持细胞聚集的发展，它们增殖成更大的簇，更能代表肿瘤形态。这些培养可以在研究人员的轻微干预下保持很长时间。

图2:U266B1人骨髓瘤细胞的2D与r-Bone 3D培养。

硼替佐米在3D r-Bone基质中的体外筛选

硼替佐米是一种用于治疗多发性骨髓瘤的SoC药物。²骨髓瘤细胞系NCI-H929、RPMI 8226和U266B1细胞在r-Bone中培养4天，然后再用硼替佐米处理4天，使用细胞毒性分析(如CellTiter-Glo®)评估细胞增殖抑制作用。r-Bone基质支持多发性骨髓瘤细胞的生长和维持，并允许检测试剂的筛选在体外在一个类似骨髓的微环境中。

图3硼替佐米抑制r-Bone培养骨髓瘤细胞增殖。(A)加入CellTiter-Glo试剂，使用Cytation 3显像板读取器(BioTek Instruments)量化发光。四参数非线性曲线拟合分析针对车辆处理井(每个浓度n = 3口井)进行归一化。
(B) r-Bone培养液中U266B1细胞的代表性图像，用0.5% DMSO或20 nM硼替佐米处理。红色箭头表示暴露72小时后细胞簇中死亡或死亡的细胞。

对2D、3D r-Bone基质中培养的U266B1细胞，以及与3D r-Bone基质中MSCs共培养的U266B1细胞进行细胞毒性分析，评估硼替佐米处理后的细胞活力。r-Bone基质支持多种骨髓瘤细胞和基质细胞的共培养，创造一个更生理的环境。与干细胞共培养在3D多发性骨髓瘤培养中没有改变硼替佐米的效果。

图4:硼替佐米对2D、3D r-Bone基质和3D r-Bone基质与MSCs共培养U266B1细胞的CellTiter-Glo分析

三维重建实体肿瘤基质

3D培养中对SoC药物的反应与在活的有机体内模型^3.

人乳腺肿瘤模型

将人MDA-MB-231乳腺癌细胞皮下植入雌性裸鼠(Envigo)右腋窝，按指示给药SoC。在活的有机体内与连续给药SoC剂的反应比较在体外单剂量处理MDA-MB-231细胞在二维和三维重建乳腺(r-Breast)培养物中的反应。MDA-MB-231细胞对紫杉醇在二维和三维r-Breast中均敏感在活的有机体内10 mg/kg(图中未示)和15 mg/kg剂量时，完全抑制生长。在2D和3D r-Breast培养中观察到SoC药物的药理作用的差异性。

图5:CellTiter-Glo^®在2D (A)， 3D r-Breast基质(B)和NSG小鼠体内反应(C)中，SoC制剂对MDA-MB-231细胞的分析。所有被测化合物的三维响应与体内响应比较。的集成电路₅₀2D和3D的数值载于表格(D）.

小鼠乳腺肿瘤模型

小鼠4T1-Luc2-1A4乳腺癌细胞皮下植入雌性Balb/c裸鼠右腋窝，按指示给药紫杉醇。在活的有机体内对比紫杉醇连续给药后的反应在体外在二维和三维重建小鼠乳腺(r-mBreast)培养物中生长的4T1-Luc2-1A4细胞的单剂量治疗反应体外3D r-mBreast基质小鼠肿瘤悬液。

紫杉醇对4T1-Luc2-1A4细胞(IC₅₀= 59 nM)，但在r-mBreast模型或在活的有机体内其中，同基因4T1模型对紫杉醇浓度为10 mg/kg和15 mg/kg时均不耐受(未显示)。此外，在4T1-Luc2-1A4细胞中观察到类似的药理作用体外3D r-mBreast基质中的肿瘤悬液。因此，3D r-mBreast培养对SoC处理的反应更能反映在活的有机体内反应比二维培养的要好。

图6:CellTiter-Glo®分析紫杉醇(A)对小鼠乳腺癌4T1-Luc2-1A4细胞的2D, 3D r-mBreast基质和肿瘤细胞悬液。紫杉醇治疗在2D显示细胞毒性，但在r-mBreast 3D基质中，当使用细胞或肿瘤悬液时，细胞毒性作用最小。在体内，单用紫杉醇治疗Balb/c小鼠的4T1肿瘤生长无效(B)。动物的屏蔽生物发光成像显示4T1- luc2 - 1a4肿瘤转移到肺部(c)。

人非小细胞肺癌(NSCLC)模型

将人NCI-H460 NSCLC细胞皮下植入雌性裸鼠右腋窝，按指示给药。在活的有机体内与连续给药SoC剂的反应比较在体外在二维和三维重建肺(r-Lung)培养物中生长的NCI-H460细胞单剂量处理后的反应。r-肺模型显示出与人类相似的结构体外肺组织和它们对SoC药物的反应也相关。NCI-H460细胞对紫杉醇敏感2D (IC₅₀= 2.3 nM)，而3D r-Lung模型反应最小;在活的有机体内在20 mg/kg处理时，无明显反应。这些细胞对厄洛替尼2D、3D和在活的有机体内．

图7:3D r-Lung基质(左)和人肺基质(右)的低温电子显微镜图像显示相似的结构(A)。CellTiter-Glo分析紫杉醇和埃洛替尼对NCI-H460人NSCLC细胞的细胞毒性在2D和3D中测定(B)和体内肿瘤负荷(C)。紫杉醇治疗NCI-H460在2D和3D r-Lung (B)显示出类似的细胞毒性作用，在雌性裸鼠体内肿瘤中也被重现(C)在r-Lung基质的3D图中，在较高浓度时具有细胞毒性作用。在体内，100 mg/kg的厄洛替尼没有表现出太大的反应;然而，10只老鼠中有两只因为体重减轻了20%而退出了研究。另一方面，对照组动物的体重随着肿瘤的进展而逐渐增加。ND =未确定。

综合起来，这些数据证明了zPREDICTA的特定器官3D模型是模拟的在活的有机体内反应的保真度高于标准二维培养，因此更具有预测性和相关性。

IC的可变性₅₀在2D和3D培养中观察到的值可能是肿瘤结构、微环境、细胞融合性、衰老和暴露于培养基中可用药物方面的实验设置不同的结果。考虑到3D细胞培养与体外肿瘤悬浮液，这些因素应该考虑时，根据药理作用观察在体外计划在活的有机体内毒性研究。

自2014年以来，zPREDICTA一直提供定制的肿瘤特异性3D细胞培养模型，并一直积极开发众多器官特异性基质，以扩大临床前肿瘤产品，自Labcorp和zPREDICTA合作以来。金博宝188网址Labcorp现在提供人类和独家开发的老鼠3D模型与zPREDICTA合作，目标是提供更快和更强的预测性在活的有机体内结果。更多的SoC代理正在这些和其他模型中进行分析。

而二维在体外迄今为止，由于成本的原因，zPREDICTA 3D培养模型一直被首选用于化学文库的筛选工作，这些结果表明，zPREDICTA 3D培养模型可以减少用于临床前试验的动物数量，并提供了一个早期的机会，以确定可能在药物开发管道中存活的试验试剂。金博宝188网址

要开始讨论你的下一个项目，联系Labcorp药物开发临床前肿瘤学团队的科学家金博宝188网址．

注:请注意，所有的动物护理和使用都是在经过IACUC协议审查和批准的aaalac认证设施中根据动物福利法规进行的。

参考文献

1. 杨磊。三维细胞培养系统及其在药物发现和细胞生物传感器中的应用。分析药物开发技术．2014; 12(4): 207 - 218。doi:10.1089 / adt.2014.573．
2. 硼替佐米专业专著。Drugs.com。进入2019年10月13日。https://www.drugs.com/monograph/bortezomib.html．
3. Urs S, Steffey M, Qu Y, Ryaou M, Krishner J, Wise S在活的有机体内响应。海报3202发表于:美国癌症研究协会2022年年会;2022年4月8-13日;新奥尔良，洛杉矶。