生物3D打印+类器官神技！Biofabrication：生物打印多细胞类器官模型，再现真实肿瘤微环境

来源：100医药网 2025-08-21 11:32

发病率逐年上升，给患者和家庭带来沉重负担。临床中，肾（RCC）患者对化疗不敏感，效果也因人而异，治疗方案的制定一直是难题。肿瘤异质性被认为是治疗失败、耐药和复发的关键原因，因此构建能反映患者个体肿瘤特征的模型至关重要。

近日，Biofabrication发表的一项研究Bioprinting of patient-derived heterogeneous renal cell carcinoma organoids for personalized therapy通过生物打印技术成功构建患者来源的异质性肾细胞癌类器官，为个性化治疗提供了新工具。

研究团队利用挤出式高通量生物打印机，生成了大小均一的异质性肾细胞癌类器官，实现了批量自动化构建与质量控制。这些生物打印的类器官（BP-organoids）保留了原始肿瘤的病理形态和基因突变/表达特征，长期培养后仍维持类器官间和患者间的异质性，适合患者特异性药物筛选。

研究成功建立了5名患者来源的BP-organoids，涵盖透明细胞肾细胞癌、未分类肾细胞癌和嫌色性肾细胞癌三种亚型。培养14天后，组织学分析显示，不同亚型的BP-organoids呈现出与原始肿瘤相似的特征：透明细胞肾细胞癌形成中空囊状结构，未分类肾细胞癌出现空泡结构，嫌色性肾细胞癌聚集成实体结构。荧光染色显示，所有BP-organoids的Ki-67表达增加，表明其具有增殖活性。

生物打印结构内的肾细胞癌形成了四种异质性表型： 管腔型 、 管腔 实体型 、 空泡型 和 实体型 ，这些表型可在同一患者或不同个体中共存，体现了肿瘤内和肿瘤间的异质性。部分管腔型BP-organoids形成多腔室和腺体样结构，显示出高度有序的形态。ATP、CA9等标志物的高表达，证实BP-organoids不仅具有肾癌表型，还具备一定成熟功能。

图1. BP类器官再现了原始肿瘤组织的病理形态特征

癌症标志物分析显示，5名患者样本中CD44和CD133的阳性率存在显著差异，体现了患者间异质性；同一患者BP-organoids不同区域的CD44+细胞表达差异，则反映了肿瘤内异质性。相关性分析发现，透明细胞肾细胞癌中CD133阳性率与患者TNM分期和T分期正相关，提示其可能作为肿瘤进展的标志物。

基因分析证实，BP-organoids保留了原始肿瘤的基因突变和表达谱。超过90%的单核苷酸变异得以保留，患者组织与配对BP-organoids的相关系数平均达97%，23个肾癌驱动基因中95%的突变特征一致。RNA-seq结果也显示BP-organoids能忠实再现原始肿瘤的基因表达模式。

图2. BP类器官再现了相应原始肿瘤的遗传特征

高通量生物打印的类器官（HT-BP organoids）表现出异质性药物反应：替西罗莫司仅对HT-BP organoid #4有效；依维莫司对#3和#5敏感；顺铂和表阿霉素对#1、#2和#3敏感，而所有样本对卡博替尼均不敏感。这些结果与类器官的表型和基因型高度相关，验证了模型的准确性。

研究还构建了多细胞共培养模型，加入肾细胞癌相关成纤维细胞和内皮细胞后，肿瘤恶性程度提高，网络更完善，抗血管生成和抗纤维化药物在该模型中表现出不同杀伤能力。此外，通过整合多细胞聚集体制造与生物打印技术，成功构建血管化高阶肿瘤组装体，再现了体内肿瘤与间质的功能相互作用。

图3. 生物打印的多细胞类器官模型

综上，这项研究通过生物打印技术构建的肾细胞癌类器官，能忠实反映原始肿瘤的异质性和遗传特征，为个性化药物筛选提供了可靠模型。高通量生物打印解决了样本量小的问题，多细胞模型进一步模拟了肿瘤微环境，为精准治疗奠定了基础。这一技术不仅推动了肾癌基础研究，更有望在未来帮助医生为患者制定个体化治疗方案，提高治疗效果，减轻患者痛苦，为肾癌治疗带来新的希望。（100yiyao.com）

参考文献：

Mao S, Xie R, Shou J, Pang Y, Sun W. Bioprinting of patient-derived heterogeneous renal cell carcinoma organoids for personalized therapy.Biofabrication. 2025;17(4):10.1088/1758-5090/adecc5. Published 2025 Aug 12. doi:10.1088/1758-5090/adecc5