切割工具保留组织中的肿瘤与免疫细胞

美国斯坦福大学(Stanford University)团队在 Microsystems & Nanoengineering 比较微组织制备工具,目的是更快获得保留原有免疫细胞的肿瘤类器官,供免疫药物测试。研究使用小鼠 B16 黑色素瘤,并采用气液界面(air–liquid interface,ALI)培养;这是动物来源体外模型,尚未直接验证患者组织处理。

µDicer 由蜂窝状微型刀阵列组成,先把组织切成薄片,再压过刀阵列;刀间距控制微组织尺寸。µGrater 则用带锐利孔边的薄钢片,在压力和横向运动下直接刮切整块组织,省去预先切片。团队以常见手工切碎为参照。

尺寸控制先用琼脂和离体猪肾组织测试,药物相关验证随后集中于高微卫星不稳定性的 B16 变体小鼠肿瘤。三种 µDicer 刀间距为 200、400、800 µm;µGrater 孔为 400 × 500 µm,切得的微组织较少出现超过 1 mm 的大块。

200 µm 组织的免疫细胞活力较低

组织切割后立即检测,以及 ALI 培养第 7 天检测,400、800 µm 刀阵列和手工切碎的主要细胞活力相近。200 µm 刀阵列得到的组织则有较低活力,培养后免疫细胞活力和免疫细胞相对肿瘤细胞的比例下降较明显。

作者提出,小组织较大的切面比例可能带来机械损伤,也可能不足以保留支持免疫细胞的间质。ALI 条件提供较好的氧供,因此本实验中较大的组织仍保持活力。研究没有直接测定这些损伤机制,也没有把结果推广到普通液体培养。

µGrater 加快处理,同时保留所测细胞组成

由于 400 µm 以上微组织在该条件下的活力差异较小,团队进一步比较 µGrater 与手工切碎。相同肿瘤的刮切约需 20 秒,手工约需 1.5 分钟,速度相差约 4.5 倍。制备后及培养 7 天,所测肿瘤和免疫细胞活力相近。

细胞活力比较使用 5 个独立肿瘤。显微染色在两种处理的培养组织中都显示 CD8 阳性 T 细胞及 CD11b 阳性髓系细胞,免疫细胞与肿瘤细胞的比例也相近。µGrater 的尺寸分布仍不完全均匀,当前弹簧施压在组织逐渐耗尽时会减弱,这是作者正在改进的结构问题。

抗 PD-1 反应相近,但小样本限制显著性

药物功能比较另用 6 个独立肿瘤。组织从第 1 天接受抗小鼠程序性细胞死亡蛋白 1(programmed cell death protein 1,PD-1)单克隆抗体或免疫球蛋白 G(immunoglobulin G,IgG),对应 6 天处理,并在培养第 7 天检测。抗 PD-1 后,CD8 T 细胞及其 CD137 活化指标总体升高,肿瘤细胞凋亡增加,培养液中干扰素 γ(interferon-gamma,IFNγ)的含量提高。

这些变化在 µGrater 与手工制备的组织中方向相近,两种制备方法之间的比较未达到显著性。抗 PD-1 对照 IgG 的部分指标也仅呈趋势,例如 µGrater 组活 CD8 细胞增加的原图 p 值为 0.094。作者将这组结果视为小规模功能可行性测试;本次药物比较仅使用 6 个独立肿瘤。

本研究的验证范围仍限于 B16 变体及当前 ALI 条件,其他肿瘤、液体培养、每孔少量微组织的药筛分装还需要不同的优化。自动化和提高尺寸一致性是作者提出的后续方向。

手工切碎与 µGrater 制备的小鼠 B16 类器官,在抗 PD-1 或 IgG 条件下的 T 细胞、肿瘤活力及 IFNγ 比较。

窄屏可横向滑动查看完整图表。

手工切碎与 µGrater 制备的小鼠 B16 类器官,在抗 PD-1 或 IgG 条件下的 T 细胞、肿瘤活力及 IFNγ 比较。(Cordts et al. / Microsystems & Nanoengineering, 2024, Figure 4;CC BY 4.0;PMC)

来源与延伸阅读

  1. Microdissection tools to generate organoids for modeling the tumor immune microenvironment. Microsystems & Nanoengineering (2024). ↗