多柔比星分子结构主题图。
多柔比星的分子结构。(Fvasconcellos / Wikimedia Commons;Public domain)

双室微流控系统培养肿瘤与心肌微组织

美国研究团队将 SKBR3 乳腺癌细胞和 AC16 心肌细胞分别包埋在胶原水凝胶中,放入具有微柱的两个培养室。两室通过闭合毛细通道连接,使用共同培养液,形成多组织微生理系统(MPS)。比较包括芯片或 Transwell 培养,以及单独培养或两种细胞共同培养。

胶原终浓度为 2 mg/mL,细胞密度为 2×10⁵ 个/mL,每个培养室或 Transwell 加入 500 μL。第 3 和 7 天的荧光成像显示,SKBR3 保持人表皮生长因子受体 2(HER2)表达并形成细胞簇,AC16 保持 α-辅肌动蛋白(α-actinin)表达并形成网络。芯片内共同培养的 SKBR3 细胞簇在第 7 天减少,心肌细胞网络仍可观察。

自动图像分割测量细胞轮廓直径

研究以荧光层叠图像观察三维组织,使用自动图像分析 Python 脚本(AIAPS)量化二维投影中的细胞轮廓。脚本通过阈值分割与分水岭算法识别轮廓,再用最小包围圆计算直径。每个条件包括 3 个生物学样本,每个样本采集 5 组层叠图像。

团队用荧光微珠比较 AIAPS 与 ImageJ。两种方法测得的微珠直径均落在制造商给出的 1–10 μm 范围,但两者的数值差别达到统计显著性。该比较用于检验图像测量表现,组织试验随后按同一脚本比较培养与药物条件。

多柔比星在芯片内引起心肌细胞形态变化

所有三维培养均接受 10 μM 多柔比星处理 48 小时。给药后,芯片内细胞更圆,细胞簇与网络结构减少。AC16 在 Transwell 中处理与未处理组的直径差别未显著,在芯片中则显著减小;SKBR3 在各培养条件下均出现显著的细胞尺寸变化。

平台另以 U87 胶质母细胞瘤细胞检验其他组织的培养与给药。10 μM 多柔比星或 200 μM 替莫唑胺处理 48 小时后,芯片内 U87 细胞直径均显著减小;多柔比星在 Transwell 中的尺寸变化未显著。

细胞系与二维形态指标构成当前评价范围

本次药物比较采用细胞系和有限浓度,评价重点为细胞轮廓、尺寸及组织结构。二维投影对复杂形态的识别仍有限。作者计划进一步加入患者来源肿瘤细胞、诱导多能干细胞来源心血管细胞,并扩展药物库、剂量反应与心脏毒性机制研究。

来源与延伸阅读

  1. 3D Multi-Tissue microphysiological system for Anti-Cancer and cardiotoxicity drug screening with automated image analysis. Discover Applied Sciences (2025). ↗