《Advanced Science》：Bioprinted Tumor Microenvironment Models Reveal Immune Evasion and Guide CAR-NK Therapeutic Strategies
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常规体外及体内模型的临床结果预测往往不够准确，因其无法复现肿瘤微环境(TME)的复杂性。现有三维模型在复制TME复杂性、工程化限制及分析免疫-癌症相互作用的能力方面面临挑战。本研究采用三维嵌入式生物打印技术构建了异质性肺球体(HLS)模型，整合了关键的基质因子
常规体外及体内模型的临床结果预测往往不够准确，因其无法复现肿瘤微环境(TME)的复杂性。现有三维模型在复制TME复杂性、工程化限制及分析免疫-癌症相互作用的能力方面面临挑战。本研究采用三维嵌入式生物打印技术构建了异质性肺球体(HLS)模型，整合了关键的基质因子以更好地反映TME。通过RNA测序进行的转录组谱分析揭示了与细胞外基质(ECM)重塑、免疫抑制及肿瘤进展相关的基因特征，证明了该模型与患者来源的肺肿瘤样本具有显著的相似性，验证了其生物学保真度。功能实验表明，该模型有效复现了TME动态，表现为随着模型复杂性的增加，CAR-NK细胞的浸润、细胞毒性及细胞因子分泌均减少，表明了高度免疫抑制的环境。研究人员利用表达趋化因子受体的先进CAR-NK细胞克服了这一免疫屏障，增强了其在生理相关的肺TME模型内的迁移和浸润。总之，该模型复现了肺TME的关键特征，显示出评估针对复杂实体瘤的下一代免疫疗法的潜力。
研究人员在《Advanced Science》发表的研究针对实体瘤临床前模型预测能力不足的现状，开发了先进的生物打印肿瘤微环境平台。当前，传统二维模型和免疫缺陷小鼠模型因无法模拟人类肿瘤微环境(TME)的空间复杂性及种属间免疫差异，导致大量免疫疗法在临床转化中失败。尽管现有的三维培养技术有所进步，但在复制TME的免疫复杂性、基质相互作用及规模化生产方面仍存在局限。为此，该研究旨在通过三维嵌入式生物打印技术构建生理相关的肺癌模型，深入解析免疫抑制机制并优化嵌合抗原受体自然杀伤(CAR-NK)细胞的治疗效果。
为实现这一目标，研究人员采用了多项关键技术方法。首先，利用猪肺脱细胞基质(dECM)与胶原蛋白结合制备生物墨水，并通过流变学表征优化其打印性能。其次，构建了包含癌细胞、肺成纤维细胞及dECM的异质性肺球体(HLS)模型。随后，整合转录组测序(RNA?seq)分析与公共数据库数据，评估模型与患者肿瘤的相似性。在功能验证方面，研究结合了流式细胞术、活死染色及酶联免疫吸附试验(ELISA)，系统评估了不同复杂度TME对EGFR靶向CAR?NK细胞活性及浸润的影响。此外，还通过mRNA电转染技术构建了表达CXCR6趋化因子受体的工程化CAR?NK细胞，并在模型中测试其疗效。
研究结果显示，在“Hydrogel Characterization Using dECM for 3D Bioprinted Tumor Models”部分，研究人员发现含50% dECM的生物墨水(C50D50)具有适宜的力学性能（约1?kPa）和高细胞相容性，能够支持细胞增殖，被选为后续打印的最佳配方。在“Optimizing Bio?Ink and Printing Bath for Fabricating Precise Tumor Spheroid”部分，通过调节打印参数和支撑浴，实现了直径约500?μm、定位误差低于20%的精确球体结构。在“Comparison of Morphological and Cellular Changes in 3D Tumor Models with Increasing TME Complexity”部分，随着成纤维细胞和dECM的加入，球体结构更加致密，表现出类似肺纤维化及非小细胞肺癌(NSCLC)的组织学特征。在“Transcriptomic Analysis of the 3D Lung Tumor Model and the Functional Similarity of its Results to Lung Tumor Patient Data”部分，转录组分析表明C50D50?AF模型显著上调了与ECM重塑、上皮?间质转化(EMT)、促肿瘤炎症及免疫抑制相关的基因通路，且与癌症基因组图谱(TCGA)患者数据的聚类分析显示高度相似，验证了模型的生物学保真度。在“Immunosuppressive Effects of 3D Tumor Models on CAR?NK Cell Efficacy”部分，实验证实随着TME复杂度增加，CAR?NK细胞的细胞毒性降低，且NK细胞向肿瘤边缘的募集显著受阻。在“Functional Alterations in Tumor and CAR?NK Cells with Increasing TME Complexity”部分，进一步揭示了肿瘤细胞通过上调转化生长因子?β(TGF?β)、程序性死亡配体1(PD?L1)等免疫检查点分子，同时抑制CAR?NK细胞中活化受体及穿孔素等效应分子表达，从而实现免疫逃逸的机制。在“Enhanced Recruitment and Antitumor Activity of CXCR6+ CAR?NK Cells in an Immunosuppressive 3D Tumor Model”部分，研究人员发现过表达CXCR6的CAR?NK细胞能够响应肿瘤分泌的C?X?C基序趋化因子配体16(CXCL16)，显著增强其在复杂HLS模型中的迁移能力和抗肿瘤活性，有效克服了基质屏障。
讨论部分指出，该研究建立的HLS模型不仅在形态学和转录组水平上模拟了肺TME，还成功捕捉到了基质驱动的免疫抑制表型。尽管模型在模拟血管化、缺氧梯度及多种免疫细胞群体方面仍有改进空间，但其已证明是一个标准化、可重复的药物筛选平台。结论部分强调，该研究通过整合基质成分和免疫细胞，揭示了TME复杂度对CAR?NK功能的抑制作用，并提出了基于趋化因子受体工程化的细胞治疗新策略，为克服实体瘤免疫抑制屏障提供了重要的理论依据和实验工具。
