在血脑屏障芯片中测试脑肿瘤药物
苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）与苏黎世大学儿童医院（University Children’s Hospital Zurich）研究者在 Microsystems & Nanoengineering 报道血脑屏障—肿瘤芯片。团队希望同时观察药物跨屏障的过程、肿瘤存活和屏障自身受到的影响。
平台每板有 32 个独立单元，上方血管通道内形成内皮单层，下方有星形胶质细胞和周细胞组成的三维环境，肿瘤球状体放入相邻的悬滴培养区域。两个部分经 PET 多孔膜联系。
器件采用 PMMA、PET 等塑料，通过不对称倾斜循环培养液，无需连接独立泵和管路。团队逐渐增加流动，支持内皮形成屏障，再把预先形成的肿瘤球状体移入。
肿瘤球状体先在低吸附孔板形成，再移入芯片；开放的悬滴区域也允许结束时取回组织进行 ATP 测定。这种安排让组织形成与屏障建立可以并行完成，并保留终点取样。
先确认共培养与屏障状态
血管侧使用人脑微血管内皮细胞系 hCMEC/D3，另有原代人星形胶质细胞和周细胞。肿瘤侧采用 KISPIDMG-105 和 SF8628 两种患者来源弥漫性中线胶质瘤模型。
研究先选择可同时支持不同细胞的混合培养液，并通过形态和 ATP 等测量确认培养状态。4 kDa 葡聚糖和 Lucifer Yellow 的通透性低于无细胞膜参照，说明器件内形成了细胞屏障。
内皮单层的细胞边界可见 ZO-1 连接，星形胶质细胞在凝胶中形成延伸结构。与肿瘤共培养后，小分子示踪物的通透性略有增加，提示肿瘤细胞可能影响屏障状态。
屏障支持细胞分批加入，周细胞和星形胶质细胞先形成三维环境，内皮随后覆盖膜面。研究使用至少 2 批原代支持细胞，观察批次差异下的培养与检测；肿瘤部分仍为两种固定来源。
四种药物先在球状体中比较
团队先在低吸附孔板中测试顺铂、多柔比星、高三尖杉酯碱和多西他赛，分别观察两种肿瘤球状体及屏障细胞球状体的 24 小时反应。药物筛选同时考虑肿瘤作用与屏障细胞敏感性。
顺铂对 KISPIDMG-105 的 IC50 约为 0.05 μM，SF8628 在所测范围内则反应较弱；多柔比星对两种肿瘤均有作用。高三尖杉酯碱对肿瘤和屏障细胞都较强，多西他赛在本次条件下作用较低。
随后芯片实验只选择其中 3 种药物，并按肿瘤模型分别测试。使用的浓度低于屏障细胞球状体 IC50，目的是观察较低细胞毒性条件下的递送与作用。
多柔比星对 KISPIDMG-105 和 SF8628 的 IC50 约为 0.31 和 0.86 μM，屏障球状体约为 7.04 μM。高三尖杉酯碱则分别约为 20、3 和 40 nM，肿瘤与屏障之间的作用范围更接近。
跨屏障后，药物效应明显减弱
芯片共培养中，药物经血管侧通道进入，再逐渐接触肿瘤。顺铂 1 μM 时，KISPIDMG-105 的存活约为 80%；去除细胞屏障、仅保留 PET 膜的参照中，存活约为 59%。
多柔比星在有屏障共培养中的杀伤较弱。SF8628 对 10 或 25 nM 高三尖杉酯碱的反应也较小，尽管该模型在直接球状体检测中对药物敏感。
研究另设顺序检测：先让药物跨屏障 24 小时，再将收集的透过液加入单独球状体，继续观察 24 小时。与同步共培养相比，这种先累积透过液再给药的方式通常产生更强作用。
作者认为，两种安排改变了肿瘤接触药物的时间过程。同步共培养中，药物逐步到达并可能被组织摄取；顺序检测则从已累积的透过液开始。因此论文分别呈现两种设计的结果。
芯片药效检测每条件使用 9 或 11 个单元，结束后先移出肿瘤，再测屏障示踪物通透性。研究因此同时获得同一条件下的肿瘤存活和屏障通透性结果。
多柔比星和高三尖杉酯碱增加屏障通透性
药物处理后，团队再次测量示踪物通透性。1 μM 多柔比星使屏障通透性升至未处理共培养组的约 2 倍；25 nM 高三尖杉酯碱使大分子示踪物通透性升至约 4 倍，小分子升至约 1.8 倍。
这些变化发生在低于屏障球状体 IC50 的浓度，说明屏障完整性和细胞整体存活需要分别检测。顺铂在本次较低测试浓度下没有显著改变屏障通透性。
作者提出，后续可模拟药物浓度逐渐升高及随后清除的过程，并使用 iPSC 衍生血管细胞、增加患者来源。目前的药物实验仅涉及两种肿瘤模型，观察时间较短。
后续采用 iPSC 衍生细胞的设想包括更一致的配套血管组分，以及研究不同患者遗传背景的影响。作者还提出加入免疫组分，继续分析肿瘤、屏障和免疫环境之间的联系。