以绿色、蓝色和紫色标示不同细胞层的乳腺癌球状体扫描电镜图像。
乳腺癌细胞形成的三维球状体(扫描电镜图像)。(Khuloud T. Al-Jamal, David McCarthy & Izzat Suffian / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

多孔海藻酸盐基质支持 MCF-7 三维培养

团队以人乳腺癌 MCF-7 细胞系建立三维球状体,将表皮生长因子(EGF)负载到钙交联的海藻酸盐冷冻凝胶上,比较 EGF 阳性与阴性基质。培养材料具有多孔结构,负载 EGF 后孔径没有显著变化。

荧光标记显示 EGF 分布在凝胶孔壁,培养 7 天后仍可检测。后续表型研究采用 600 ng/ml 的 EGF 条件:60 ng/ml 时第 2 天多为单细胞,3 µg/ml 时球状体生长受抑、部分细胞死亡,说明研究中的生长支持具有浓度范围。

释放试验显示前 48 小时释放约 50% 的初始 EGF,7 天后约 40% 仍保留在基质中。

EGF 条件下增殖、迁移和凋亡表现改变

两组培养都在约 3 天后形成球状体。EGF 阳性组增长更快,Ki67 阳性比例由阴性组的 41.3%±3.8% 升至 80.9%±3.3%。与 Matrigel 的比较中,EGF 阳性凝胶内的球状体平均面积接近,但大小分布更均匀。

研究将培养后的细胞转入 Transwell 迁移检测。24 小时迁移细胞数由每视野 66±14 升至 130±22,48 小时由 100±25 升至 168±24。EGF 阳性组的 E-cadherin 降低、vimentin 增加,伴随更强迁移表现。

凋亡检测中,EGF 阳性组的 TUNEL 和 caspase-3 信号降低,流式测得的凋亡比例由 26.6%±3.9% 降至 19.9%±3.8%。这些变化来自同一细胞系在两种基质条件下的比较。

3 天药物处理显示多种化疗药的反应差异

多柔比星、表柔比星、5-氟尿嘧啶和紫杉醇分别处理 3 天。多柔比星的半数抑制浓度(IC50)由 EGF 阴性组的 1.93±0.10 µM 升至阳性组的 4.53±0.52 µM;表柔比星由 0.76±0.08 µM 升至 2.64±0.35 µM,5-氟尿嘧啶由 9.23±0.94 µM 升至 13.94±1.39 µM。

紫杉醇在 EGF 阴性组的 IC50 为 2.32±0.40 µM,阳性组在所测范围内未达到半数抑制,未能计算 IC50。药物外排相关基因 ABCG2 的信使 RNA(mRNA)升高与药物敏感性降低同时出现,为分析药物外排相关变化提供了线索。

组学揭示伴随变化,机制仍需功能干预

转录组比较纳入 EGF 阳性三维培养、EGF 阴性三维培养及培养液含 EGF 的二维单层。三维两组有 622 个差异表达基因;二维加 EGF 与三维负载 EGF 的表达相关性较弱,提示培养结构和生长因子呈现方式共同影响细胞状态。

EGF 阳性组的细胞因子—受体和基质—受体相关基因富集,IL-18、IL-33、GDF-15 的分泌及 FN1 表达增加。PI3K、AKT、mTOR 等信号蛋白的活化水平也较高。代谢组检出 83 个差异代谢物,其中天冬氨酸增加,并伴随 GOT2 表达上升。

作者据此提出,基质支持和 EGF 活性共同参与增殖、迁移及低药物反应状态。现有证据以条件比较、组学相关和蛋白检测为主,尚未通过阻断这些候选通路逐项确定因果关系。模型仅使用 MCF-7 细胞系,没有患者配对治疗结局;研究价值在于观察基质条件如何改变三维肿瘤模型。

来源与延伸阅读

  1. Matrix-bound EGF promotes malignant phenotypes of breast cancer organoids in the biomimetic ECM of alginate. Materials Today Bio (2025). ↗