机械系孙伟、庞媛课题组研发基于类器官打印的血管化肿瘤组装体
发布时间: 2026-05-18 11:48:34
清华新闻网5月15日电 肿瘤微环境的复杂性和异质性是导致抗癌药物研发失败率高、临床疗效难以预测的关键原因。尽管3D生物打印等技术为体外肿瘤模型的构建带来了革命性突破，但传统模型往往难以同时实现高细胞密度、仿生血管网络、可灌注的宏观组织架构，因此严重限制了对药物动态渗透、免疫细胞浸润等关键过程的体外模拟。
针对上述挑战，清华大学机械系孙伟教授、庞媛副研究员课题组提出一种名为“血管化肿瘤组装体（Vascularized Tumor Assembloids, VTASs）”的新型体外模型构建策略，通过创新的类器官生物打印（Organoid Bioprinting）技术，将内皮化的肝肿瘤聚集体与悬浮内皮细胞整合在水凝胶中，成功构建了具有致密、立体、分层结构，并且拥有功能性微血管网络的仿生肝肿瘤模型。
基于类器官生物打印的血管化肿瘤组装体（VTASs）构建策略以及其在药物筛选和免疫评估中的应用示意图
在这一类器官打印策略中，研究团队首先通过氧通透性微孔阵列培养装置制备了内皮化的肿瘤细胞聚集体，将其作为模块化“bio-bricks”与悬浮内皮细胞混合，形成富含细胞聚集物的生物墨水。通过挤出式3D生物打印，生物墨水被精确沉积为具有宏观尺度的三维结构。培养过程中，这些“bio-bricks”自发融合、重构，最终形成高细胞密度并且内部预置微血管网络结构的立体组织。
在药物筛选应用中，VTASs展现出对临床药物的差异化响应。与传统的单细胞模型或血管稀疏模型相比，具备致密微血管结构的VTASs中细胞凋亡显著减少，同时细胞内药物积累出现明显延迟。针对顺铂、索拉非尼、联合治疗以及阿霉素等药物，VTASs均呈现出与体内情况更为接近的反应特征。更重要的是，得益于类器官打印所赋予的仿生微血管结构，研究团队进一步将VTASs与免疫细胞（THP-1单核细胞）共培养，成功模拟了炎症刺激下单核细胞与内皮细胞的相互作用，为研究肿瘤-免疫-血管互作提供了新的体外平台。
在体内植入实验中，VTASs形成了具有灌注功能的类肿瘤结构，并再现了人源肿瘤的关键组织学与生物学特征。这一结果表明，通过预先在体外构建“微血管生态位”，VTASs能够与宿主血管系统快速整合，形成具有灌注功能的类肿瘤组织，体现了类器官打印技术在构建功能性血管网络方面的优势。
研究成果以“血管化肿瘤组装体的类器官生物打印”（Organoid bioprinting for vascularized tumor assembloids）为题，于5月7日发表于《生物技术趋势》（Trends in Biotechnology）。
清华大学机械系副研究员庞媛为论文通讯作者、共同第一作者，机械系2025届博士毕业生周珍珍为论文共同第一作者，机械系教授孙伟为周珍珍研究工作的导师。研究得到国家自然科学基金、北京市科技计划、国家重点研发计划等的支持。
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