胶质母细胞瘤培养细胞的荧光显微图
胶质母细胞瘤培养细胞的荧光显微图(Alex Gray / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

三维支架让肿瘤团块稳定停留在电极上

意大利技术研究院(Istituto Italiano di Tecnologia)等团队开发了带有 16 个电极的三维培养检测器件。多层穹顶样微支架支持 U-87 MG 胶质母细胞瘤细胞形成球状体,另一种塔状支架保护参照电极,减少细胞覆盖。器件采用培养腔室,检测不依赖微流体流路。

培养 48 小时后,三维结构中出现显著阻抗变化的电极比例为 81%±10%,二维条件为 13%±4%;对应比较分别包含 26 和 16 个电极。二维细胞形成的团块位置较不稳定,三维结构使测量区域中的团块更易保持。

培养时间改变 Nutlin-3a 处理后的阻抗变化

团队分别检测培养 48 和 96 小时的球状体,以 30 µM Nutlin-3a 处理 3 或 24 小时,记录多频阻抗及归一化细胞指数。48 小时模型的信号降幅较大,96 小时模型虽逐步下降,仍高于无细胞基线。

在 96 小时模型中,10 和 15 µM 条件在 24 小时内未引起显著阻抗下降,20 µM 则使信号显著降低。作者据此区分低剂量下增长受限与较高剂量下的电信号下降。

死亡染色与早期阻抗下降出现时间差

对 96 小时模型的生物学检查显示,30 µM Nutlin-3a 处理 3 小时后,细胞膜完整性丧失标志 EthD-1 和 p53 阳性比例均未显著增加;24 小时后,EthD-1 阳性细胞约为 48.6%±6.7%,p53 阳性约为 35.6%±6.8%。

阻抗在 3 小时已经下降,而当时染色变化不显著。作者提出细胞从团块脱离可能影响两类测量结果的对应关系。电信号反映整个球状体的综合电学状态,既可能受细胞死亡影响,也受细胞接触、结构和附着变化影响。

延长培养与另一肿瘤模型扩展了检测场景

延长培养的 20 个球状体在第 7 天出现低频阻抗下降,内部 EthD-1 信号集中在核心区域。移除细胞后电极信号返回接近无细胞对照,支持变化来自培养物。

CaCo-2 结直肠腺癌球状体培养 96 小时后接受 15 µM 索拉非尼处理,24 小时细胞指数下降约 37%。该比较说明器件也能检测另一种细胞系三维模型中的药物相关变化。

替莫唑胺实验采用两种培养场景

研究还测了替莫唑胺,但阻抗实验使用器件内的 96 小时球状体,主文剂量写为 30 mM;流式实验使用非贴壁孔板中形成的球状体,剂量写为 30 µM。两组均观察 48 小时反应,培养方式与浓度存在差别。

当前实验主要采用细胞系,患者来源类器官、免疫和基质共培养仍是后续计划。阻抗读数无法分辨每个细胞的变化,研究也未通过等效电路模型拆分各部分信号贡献。后续需要结合更细致的成像和不同模型比较。

来源与延伸阅读

  1. High-throughput impedance monitoring in 3D tumor cultures: a multiplex, microfluidic-free platform for drug screening. Lab on a Chip (2025). ↗