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这项研究工作由华盛顿大学生物工程系Folch实验室与人类生物学部Gujral实验室合作完成。

对特定患者完整的肿瘤样本进行功能性药物筛查是为每个患者确定 佳疗法的一种前景看好的方法。患者癌变组织活检对单类药物（或药物组合）的反应高度依赖于肿瘤微环境（TME），其中括多种驻留和浸润的宿主细胞、分泌因子和细胞外基质蛋白等。但是，当前评估特定组织样本药物反应的技术，要求该组织样本局部或整个脱离肿瘤微环境，这通常会导致临床应用的药物不如预测效果好。比如，肿瘤球体模型在高通量药物筛选实验中获得了广泛应用。而该肿瘤球体是将细胞从患者组织切片中分离出来，在特殊的基质中培养，从而产生细胞与细胞、细胞与基质相互作用的3D多细胞球体。然而，这类肿瘤球体仅保留有限的肿瘤微环境，这就突出了对新型高通量药物筛选平台的需求。

据麦姆斯咨询报道，华盛顿大学（University of Washington，简称：UW）生物工程系Folch实验室与人类生物学部Gujral实验室合作，开发了一种微流控平台，可将微量药物输送到被称为“立方体”的小组织模型的活检中。在微流控装置中，该“立方体”通过含有分散孔的微通道流动，这些分散孔捕获立方体用于培养和多药物作用。研究小组 近在英国皇家化学学会（Royal Society of Chemistry）期刊Lab on a Chip上发表了一项使用该平台的概念验证研究。借助该平台，科学家们旨在简化直接在人体内的药物测试，以准确预测人体的药物反应，并缩短药物开发时间。首席研究员Albert Folch博士补充说：“我们已经展示了一种新的微型组织形式，它完整、形状规则且易于在多孔格中大量排列（可用于药物测试）。我们相信，这为未来绕过动物实验直接在人体中筛选药物（目前仍无法实现）提供了可能。”

微流控平台：可以在保存良好的微环境下对活组织的等尺寸微尺度“立方体”模型进行多药物测试（图片来源：Albert Folch博士）

该研究将小鼠肝脏活组织切片，并将胶质瘤细胞衍生的异种移植瘤切成400 μm × 400 μm × 400 μm大小相同的数千个立方体状切片，形成“立方体”组织模型。该“立方体”的尺寸在保存肿瘤微环境方面足够大，在维持营养输送和活性方面又足够小，以确保其在微流控设置中适当流动。“立方体”的小尺寸允许 大限度使用小型临床样本，这些样本通常很难获得，并且有多种用途（括诊断性组织学检查、免疫组织化学和分子研究等）。为了验证“立方体”的完整性和活性，研究人员用开顶式光片（OTLS）显微镜对固定和光学透明化肝脏“立方体”的3D组织微环境进行了可视化观察。他们在肝脏、血管和肝脏特异性结构中识别出不同的细胞类型，证明了组织样本的完整性。此外，通过免疫染色检查的胶质瘤“立方体”显示出持续的增殖， 小的细胞死亡以及内皮细胞和免疫细胞的存活，证明了“立方体”的活性和功能性。

后，研究人员利用胶质瘤“立方体”模型，评估了不同浓度顺铂（一种细胞毒性化疗药物）的效果。经过两天的治疗，在大部分浓度的测试中观察到明显的细胞死亡（相对于未处理的立方体），这突出了该系统在药物测试中的实用性。综上所述，该研究将肿瘤“立方体”的显微解剖与微流控相结合，能够在完整组织中更好地保护组织微环境，以进行药物测试。Folch博士分享了使用这种“立方体”模型平台的未来发展方向：“我们正在准备更大吞吐量的平台（如384孔平台），可以捕获并容纳从每个微小肿瘤获得的大量‘立方体’。我们了解过很多关于肿瘤球体及有机技术的设想——在某种意义上说，我们的‘立方体’模型是‘新一代球体模型’，因为该‘立方体’是直接从患者体内取出的，没有对肿瘤微环境造成任何重大破坏，因此我们相信我们可以准确地重现药物和肿瘤的相互作用。”

该研究得到了美国国家癌症研究所（National Cancer Institute）的资助，朱诺医疗（Juno Therapeutics）的试点拨款，华盛顿大学CoMotion的创新资助。其它资助者或资助奖项有：香港研究资助局（Hong Kong Research Grant Council）、墨西哥科技理事会（Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología）的国际学者奖、美国国防部（Department of Defense）的前列腺癌研究项目（Prostate Cancer Research Program）以及美国国家科学基金会（National Science Foundation）的研究生研究奖学金计划（Graduate Research Fellowship Program）。

美国Fred Hutch癌症研究中心和华盛顿大学癌症联盟成员Albert Folch、Robert Pierce和Taran Gujral对该项研究做出了贡献。

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