基于水凝胶微球的3D培养系统用于研究肿瘤-免疫细胞互作的动态轨迹图谱

【作者】 孟周文理； 崔文国； 王颖； 陆舜；

【机构】 上海市胸科医院； 上海交通大学医学院； 上海交通大学医学院附属瑞金医院；

【摘要】 目的:近年来,以程序性死亡受体/配体轴(programmed cell death protein 1/ligand 1,PD-1/PD-L1)为代表的免疫检查点(immune checkpoints,ICs)作为新靶点的生物大分子药物在多种肿瘤的临床应用中显著提升了患者总生存率。但是,其初治获益人群不足30%及继发耐药等不足进一步限制了其临床应用。其中重要的原因之一在于目前对ICs之间的协同作用及随肿瘤-免疫互作而变化的时相性趋势仍旧缺乏最够的数据支撑。相较于人源化移植瘤小鼠构建的低成功率和长耗时性和类器官模型的免疫细胞缺失等不足,本研究旨在开发一种基于生物材料的体外三维培养模型,通过动态检测肿瘤细胞-免疫细胞共培养过程中的ICs的时相性进化轨迹和空间表达异质性,为精准开展ICs抑制剂的临床应用提供理论依据。方法:以水凝胶(hydrogel)为基质,优化材料性质及空间构型,建立路易斯肺癌细胞系(LLC)肿瘤微球模型(encap-spheres),与C57BL/6小鼠来源免疫细胞搭建共培养体系,并在共培养不同时间点提取微球内部浸润免疫细胞及外部游离免疫细胞进行分析。结果:水凝胶微球呈现良好的细胞相容性和免疫兼容性,表现为水凝胶材料对肿瘤细胞活力影响较小,材料降解后提取的细胞活力不受影响,不影响免疫细胞亚群分化及细胞因子分泌;同时,水凝胶微球中肿瘤细胞呈现良好空间异质性,内部为细胞坏死区而外部为细胞增殖区。当将肿瘤细胞和小鼠脾脏细胞在水凝胶微球系统中进行共培养后,微球内CD4~+和CD8~+T细胞表面ICs (包括LAG-3、TIM-3、TIGIT、PD-1等)的表达水平随培养时间延长呈现动态上升的趋势(双因素方差分析,P<0.05),且不同ICs的时间变化趋势不同。同时,部分ICs分子在T细胞表面的动态表达趋势与小鼠皮下荷瘤肿瘤微环境中的变化相一致。结论:本研究成功建立了一种基于水凝胶生物材料的体外三维肿瘤微球模型,利用该模型开展的肿瘤-免疫共培养结果则显示免疫细胞在与肿瘤细胞互作过程中不同的ICs分子的表达时相和水平特征,并可能与T细胞的不同功能状态相关联。对其意义的深入解析将为临床中不同IC抑制剂和作用时间的选择提供重要的参考依据。更多还原