三維（3D）細胞培養技術(shù)通過(guò)模擬體內環(huán)境，顯著(zhù)推動(dòng)了生命科學(xué)及組織工程的研究進(jìn)程?。腫瘤類(lèi)器官是由腫瘤細胞自組織形成的三維結構，因其在形態(tài)、遺傳及功能層面高度保留原發(fā)腫瘤特性，已成為藥物開(kāi)發(fā)中具有潛力的臨床前模型。為提升腫瘤微環(huán)境模擬的真實(shí)性，科研人員構建了類(lèi)器官與免疫細胞（如T細胞）的共培養體系，以更精準地評估化療、靶向治療及免疫療法的體外藥效。在此體系中，T細胞的活化狀態(tài)是解析腫瘤免疫微環(huán)境響應機制的核心指標?。然而，傳統三維培養體系（如Matrigel、液滴法）雖能提供結構支撐，卻因物理阻隔抑制了腫瘤細胞與免疫細胞（如T細胞）的直接互作。值得注意的是，細胞對機械刺激的反應是決定細胞命運的關(guān)鍵因素。例如，基質(zhì)材料的硬度通過(guò)機械敏感的轉錄調節因子影響3D類(lèi)器官培養中的細胞增殖和分化。此外，超聲波是一種機械波，能夠非接觸地操控細胞并施加力學(xué)刺激，這也說(shuō)明，超聲技術(shù)有望替代傳統的3D生物支架材料，通過(guò)力學(xué)刺激的形式促進(jìn)腫瘤類(lèi)器官的形成。

近期，中南大學(xué)的陳翔教授、陳澤宇教授和西安電子科技大學(xué)的費春龍教授團隊在《Science Advances》（IF=11.7）期刊上在線(xiàn)發(fā)表題為“Acoustic virtual 3D scaffold for direct-interacting tumororganoid–immune cell coculture systems"的原創(chuàng )性論著(zhù)。該研究通過(guò)聲學(xué)虛擬3D支架（AV-Scaf）技術(shù)實(shí)現了腫瘤類(lèi)器官的無(wú)基質(zhì)膠培養，并進(jìn)一步構建了腫瘤類(lèi)器官-T細胞共培養系統。該文章為實(shí)現無(wú)基質(zhì)膠的腫瘤類(lèi)器官培養以及構建高效的腫瘤類(lèi)器官免疫共培養系統提供了全新的思路和方法。

首先，作者通過(guò)超聲換能器和透鏡產(chǎn)生聚焦聲渦旋，實(shí)現了腫瘤細胞在焦平面內的聚集（圖1）。設計的渦旋聚焦聲場(chǎng)將腫瘤細胞聚集成適當大小的細胞簇，同時(shí)施加非接觸的機械力刺激，促進(jìn)了細胞間的交互，并誘導它們進(jìn)一步自組織形成類(lèi)器官。在系統設計上，作者通過(guò)摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)（nanoArch^® S140，精度：10 μm）制作了培養腔室的支撐結構。在RNA測序（RNA-seq）分析中，超聲波刺激可以顯著(zhù)增強鈣離子的流入，從而加速細胞團簇的細胞間相互作用過(guò)程。

圖1. AV-Scaf技術(shù)形成腫瘤類(lèi)器官。

為了驗證AV-Scaf構建無(wú)支架腫瘤類(lèi)器官的能力，研究人員設計了相應的培養系統（圖2A）。研究人員選擇了100 mV作為最終的換能器驅動(dòng)電壓。圖2E和2F分別展示了乳腺癌和黑色素瘤類(lèi)器官生長(cháng)照片。如圖2G所示，通過(guò)AV-Scaf形成的乳腺癌和黑色素瘤類(lèi)器官的尺寸和形態(tài)與在Matrigel培養中形成的非常接近。研究人員進(jìn)一步對兩種方法獲得的腫瘤類(lèi)器官進(jìn)行了免疫熒光（IF）染色（圖2H和2I）。結果表明，兩種技術(shù)產(chǎn)生的腫瘤類(lèi)器官都能夠表達與原始組織對應的特定標志物。

圖2. AV-Scaf培養乳腺癌和黑色素瘤類(lèi)器官。

然后，研究人員對通過(guò)AV-Scaf方法產(chǎn)生的黑色素瘤類(lèi)器官進(jìn)行了RNA-seq分析（圖3）。GO富集分析顯示，AV-Scaf方法處理后的腫瘤細胞在細胞粘附、鈣離子轉運和信號轉導等過(guò)程中存在顯著(zhù)的基因富集（圖3E和3F）。對與鈣離子和細胞黏附相關(guān)的基因進(jìn)行熱圖分析（圖3G和3H），表明AV-Scaf方法促進(jìn)了細胞內鈣流入以及增強了細胞黏附行為，這顯著(zhù)加速了細胞之間的相互作用，從而促進(jìn)了腫瘤細胞的自組織過(guò)程。

圖3. 基于A(yíng)V-Scaf的腫瘤類(lèi)器官與腫瘤細胞的轉錄組學(xué)比較。

研究人員進(jìn)一步展示了基于A(yíng)V-Scaf方法建立腫瘤類(lèi)器官-T細胞共培養系統的過(guò)程（圖4）。為了驗證共培養系統的有效性，研究人員建立了兩種T細胞與腫瘤細胞比例的共培養模型，并探索了不同T細胞比例對腫瘤類(lèi)器官的細胞殺傷作用。

圖4. AV-Scaf建立直接相互作用腫瘤類(lèi)器官-T細胞共培養系統。

總結：研究人員開(kāi)發(fā)的AV-Scaf技術(shù)為腫瘤生物學(xué)和免疫治療提供了一個(gè)高效的研究模型，特別是在評估T細胞介導的腫瘤殺傷效應和免疫治療策略的開(kāi)發(fā)中顯示出了巨大的潛力。AV-Scaf得到的直接相互作用的腫瘤類(lèi)器官免疫共培養系統，不僅能更真實(shí)地模擬腫瘤微環(huán)境，還為高通量篩選和個(gè)性化醫療的應用開(kāi)辟了新的可能。未來(lái)，該技術(shù)有望被應用于更廣泛的腫瘤類(lèi)器官類(lèi)型和共培養類(lèi)型的研究中，進(jìn)一步推動(dòng)個(gè)體化癌癥治療的發(fā)展。