一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法

技术领域

本发明涉及生物医学组织工程技术领域，具体而言，涉及一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法。

背景技术

癌症研究领域中，缺陷之一是缺乏能够研究癌变和癌症治疗的模型系统。为了评估在临床前和临床研究中癌症治疗的效果，通常使用人类肿瘤细胞系或患者源性肿瘤移植到免疫缺陷小鼠体内的肿瘤动物模型，即构建获得的人源肿瘤异种移植模型(patientderived xenograft model，PDX模型)。

PDX模型保留了原代肿瘤微环境和组织病理学及遗传学特征，对于筛选抗癌药物以及预测患者疗效、毒副作用、吸收程度等具有重要意义。此外，PDX模型可以保留原代病人肿瘤的特性，可以作为活体肿瘤用于保存和传代，为肿瘤学研究提供非常宝贵的研究标本。

但是，PDX模型周期包括移植人类肿瘤细胞系或患者源性肿瘤、肿瘤细胞在小鼠体内增殖及传代，整个过程大约需要6-12个月，不能满足术后就需制定个性化化疗方案的临床需求。且，目前PDX建模成功率低，主要受制于肿瘤类型、肿瘤的恶性程度、组织中肿瘤细胞比例、组织离体时间、受体鼠、操作技术、移植部位、饲养环境等多重因素。

因此，开发一种缩短PDX建模周期的方法学，维持或提高其建模成功率显得尤为重要。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，其包括：采用3D打印技术制备获得的三维支架植入动物模型体内，构建PDX模型。

第二方面，本发明实施例提供了用于3D打印的材料或试剂在用于构建人源异种移植PDX模型中的应用。

本发明具有以下有益效果：

经一系列创造性劳动，本申请的发明人发现3D打印技术能够应用于PDX模型的构建中，相对于传统PDX模型构建方法而言，本发明提供的构建方法能大幅度缩减构建PDX模型的成本，且构建时间更短，成瘤率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为试验例1中试验组和对照组构建不同肿瘤类型的PDX模型的实验结果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

首先，本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，其包括：采用3D打印技术制备获得的三维支架植入动物模型体内，构建PDX模型。

本文中的“3D打印”是快速成型技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料(打印墨水)”，与电脑连接后，通过电脑控制，将“打印材料”层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

本文中的“三维支架”是指由3D打印技术进行打印获得的产物，是指生物可吸收或可降解的材料，并非是对3D打印产物形状或用途的限定。

在一些实施例中，可选用现有的3D打印材料以及3D打印机进行PDX模型的构建。

优选地，所述3D打印技术的打印材料包括：明胶与海藻酸钠的混合溶液。明胶与海藻酸钠混合形成的混合溶液作为3D打印材料能够更有效且低成本地进行三维支架的构建。

优选地，所述混合溶液中，明胶的质量浓度为5％～20％，所述海藻酸钠的质量浓度为0.1％～2％。

具体地，在所述混合溶液中，明胶的质量浓度可以为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％和20％中的任意浓度。

在所述混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度可以为1％、1.5％和2％中的任意浓度。在该浓度范围下，制备获得的三维支架能够更有效地进行PDX模型的构建。

优选地，所述打印材料还包括生物肿瘤组织碎块。

在所述打印材料中，每1g生物肿瘤组织碎块，添加100～500μL所述明胶与海藻酸钠的混合溶液，以形成最终的打印材料。具体地，每1g生物肿瘤组织碎块，可添加100μL、200μL、300μL、400μL或500μL所述明胶与海藻酸钠的混合溶液。

在一些实施例中，将生物肿瘤组织碎块直接与打印材料相互混合，使得肿瘤组织碎块能够更均匀的分布于三维支架中，肿瘤细胞在3D支架中可以获得更多的发育空间。同时支架材料在肿瘤生长前期可以为肿瘤提供支撑作用，后期随着时间会在小鼠体内完全降解，不会对载体小鼠产生任何毒副作用，因此，更有利于PDX模型的有效形成。

在一些实施例中，打印材料可以不包括生物肿瘤组织碎块，在这种情况下，构建方法包括：

采用明胶和海藻酸钠的混合溶液作为打印材料进行3D打印，获得初步的三维支架；

3D打印结束后，通过注射或灌注的方法将获得的生物肿瘤组织碎块部分或完全填充至3D打印的三维支架中，获得最终的三维支架。

本文中的“生物肿瘤组织碎块”可以由生物肿瘤组织通过物理方法(如机械搅拌或剪碎)破碎获得。

优选地，所述生物肿瘤组织碎块的尺寸：小于1mm

具体地，生物肿瘤组织碎块的尺寸可以为0.9mm

优选地，所述肿瘤选自：鼻咽癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌、直肠癌和肝癌中的任意一种。

优选地，所述3D打印还包括：将配置好的打印材料置于三维打印的喷头中，根据三维立体模型进行三维支架的打印。

在3D打印前，需提前在电脑上通过软件进行三维立体模型的设计和构建，确认三维立体模型的尺寸和形状。

其中，所述三维立体模型的尺寸为(5～15)×(5～15)×(0.1～5)mm。在该尺寸范围内，适用于构建目前最常见的肿瘤模型。如果尺寸过大，则会占据小鼠皮下过大空间，对小鼠生长不利，也不适与肿瘤的增殖。

本文中“(5～15)×(5～15)×(0.1～5)”中，第一个括号内的数值为三维立体模型的长度，第二个括号内的数值为三维立体模型的宽度，第三个括号内的数值为三维立体模型的高度。

优选地，3D打印结束后，所述构建方法还包括将打印后获得的支架放置于CaCl

本文中“将打印后获得的支架放置于CaCl

优选地，CaCl

优选地，交联的时间为1～10min。优选为5min。

本文中“将三维支架植入动物模型体内”，在无其他限定的情况下，可以指植入动物模型体内的任意位置，如皮下组织或腋下。在一些实施例中，植入的方式可以为注射或微创。

优选地，将打印后获得的三维支架在1h之内完成移植，以使肿瘤细胞活性保持较好。

在一些实施例中，所述动物模型可选自现有的哺乳动物，如大鼠、小鼠、猴子、兔子、羊、牛以及马中的任意一种。

此外，本发明实施例还提供了用于3D打印的材料或试剂在用于制备人源异种移植PDX模型的应用。

在一些试试方式中，“用于3D打印的材料或试剂”可以同以上任意实施方式所述的“3D打印材料”和“生物肿瘤组织碎块”。在此，不再对“3D打印材料”和“生物肿瘤组织碎块”的选择进行赘述。

实施例1

本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，其包括以下步骤：

(1)配置三维支架的3D打印材料：

配置明胶与海藻酸钠的混合溶液，在混合溶液中，明胶的质量浓度为10％，海藻酸钠的质量浓度为1％；

每1g生物肿瘤组织碎块，添加500μL明胶与海藻酸钠的混合溶液，生物肿瘤组织碎块的尺寸小于1mm

(2)3D打印：

在电脑上通过软件设计三维立体模型，三维立体模型的尺寸为10×10×1mm；

将获得的3D打印材料放置于3D打印机的喷头中，进行三维支架的打印。

打印结束后，将打印获得的支架完全浸没于3％(质量浓度)CaCl

(3)移植：

将最终获得的三维支架移植入小鼠皮下组织中，记录小鼠的成瘤情况。

实施例2

本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，其包括以下步骤：

(1)配置3D打印材料：

配置明胶与海藻酸钠的混合溶液作为3D打印材料，在混合溶液中，明胶的质量浓度为10％，海藻酸钠的质量浓度为1％；

(2)3D打印：

在电脑上通过软件设计三维立体模型，三维立体模型的尺寸为10×10×1mm；

将获得的3D打印材料放置于3D打印机的喷头中，进行三维支架的打印。

打印结束后，将打印获得的支架完全浸没于3％(质量浓度)CaCl

(3)填充：

将收集到的患者的肿瘤组织通过物理方式剪碎至小于1mm

(4)移植：

将最终获得的三维支架移植入小鼠皮下组织中，记录小鼠的成瘤情况。

实施例3

本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，大致与实施例1相同，区别在于：每1g生物肿瘤组织碎块，添加300μL明胶与海藻酸钠的混合溶液。

实施例4

本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，大致与实施例1相同，区别在于：三维立体模型的尺寸为5×5×3mm。

实施例5

本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，大致与实施例1相同，区别在于：每1g生物肿瘤组织碎块，添加200μL明胶与海藻酸钠的混合溶液。

实施例6

本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，大致与实施例2相同，区别在于：每1g生物肿瘤组织碎块，添加100μL明胶与海藻酸钠的混合溶液。

实施例7

本发明实施例提供了一种人源肿瘤异种移植PDX模型的构建方法，大致与实施例2相同，区别在于：每1g生物肿瘤组织碎块，添加150μL明胶与海藻酸钠的混合溶液。

试验例1

试验组采用实施例2提供的构建方法分别进行4种癌症(肺腺癌、肺鳞癌、胃癌和膀胱癌)的PDX模型的构建，将传统的PDX模型的构建方法作为对照组同步进行PDX模型的构建，结果如表1和图1所示。

表1结果对比

注：第一代小鼠指原始肿瘤组织第一次接种的小鼠，第二代小鼠指来源于第一代小鼠肿瘤组织传代接种获得的小鼠。

由结果可知，与传统的PDX模型的构建方法相比，本发明提供的基于3D打印技术的构建方法，成瘤时间更短且成瘤成功率更高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。