同一患者的两类组织用于芯片与培养板比较

马德里理工大学(Universidad Politécnica de Madrid)等机构开发了结直肠癌类器官芯片,用持续培养液供应开展药物试验。研究先优化培养流程,随后选择 1 位同时提供肿瘤和邻近非肿瘤组织的患者,完成本文的配对比较。

团队在培养板中建立并扩增类器官,用组织染色和 CK20、CDX2、Ki-67 等标志观察其特征,再把模型分别放入芯片和 24 孔板。肿瘤类器官的结构较不规则,非肿瘤模型的组织排列相对整齐。

培养过程中,两类模型均持续增大。肿瘤类器官的平均直径从第 6 天约 60 μm 增至第 11 天的 105 μm、第 16 天的 175 μm;相应时间点,非肿瘤类器官约为 55、110 和 200 μm。肿瘤模型逐渐形成大小不一的团簇。

配对肿瘤与邻近非肿瘤类器官的组织染色和标志物比较。

窄屏可横向滑动查看完整图表。

配对肿瘤与邻近非肿瘤类器官的组织染色和标志物比较。(Luis G. Valle et al. / International Journal of Molecular Sciences, 2026, Figure 3;CC BY 4.0)

持续灌流与静态培养采用相近的培养液供给量

芯片由聚二甲基硅氧烷和玻璃构成,包含培养腔、加药前腔及流道。类器官包埋于 Matrigel 中,培养液通过流道持续供应,药物和营养成分再扩散进入基质。

团队把流量设置为 0.26 μL/min,相当于 2 天持续供应约 0.75 mL 培养液,与培养板每 2 天的换液量匹配。这样,比较时供液方式不同,培养液总量相近。每个芯片约放入 50 个类器官;芯片和培养板中的模型在明场显微镜下形态相似。

联用药物改变类器官直径与增殖染色

试验比较无药条件,以及奥沙利铂和氟尿嘧啶各 10 μM、各 100 μM 的联用条件。加药 4 天后,团队比较类器官直径相对于加药前的变化,并检测 Ki-67、CK20 和细胞核染色。

无药条件下,两种培养方式中的肿瘤类器官均继续生长。两种药物各 10 μM 时,芯片中的肿瘤类器官仍有少量生长,培养板中的模型则未明显增大。浓度提高到各 100 μM 后,芯片中的肿瘤类器官缩小,板内模型出现结构解体。

非肿瘤类器官也受到药物影响。低浓度下,芯片内模型保留形态、直径略有下降,培养板内模型仍有少量生长;高浓度下,两者均出现明显结构损伤,板内模型完全解体。研究将这些变化与肿瘤模型并列,观察这两种化疗药物对配对组织的作用。

荧光染色提供了形态以外的比较。随着药物浓度升高,Ki-67 阳性细胞核减少;高浓度条件下,类器官结构破坏更明显。直径分析每组选择 3 个代表性类器官,展示的染色图也对应各条件的代表性模型。

单患者试验用于检验芯片可行性

这项研究的主要结果是把患者来源类器官接入持续灌流装置,并用培养板作并行参照。其药物试验覆盖 1 位患者的配对组织、2 档联用浓度和 4 天暴露,作者提出后续在更多患者中评价重复性及应用范围。

论文选用的高浓度条件用于观察较强药物作用。芯片流量、基质包埋以及体外暴露时间都是本次比较的组成部分,扩大研究时还需要结合具体药物的实际暴露资料。

来源与延伸阅读

  1. A Colon Cancer Organoid-on-a-Chip Model for In Vitro Therapy Assessment. International Journal of Molecular Sciences (2026). ↗