3D生物打印腫瘤模型在免疫腫瘤學研究中的應用
在癌癥治療領域，基于 T 細胞的免疫療法正成為改變游戲規則的存在，尤其是免疫檢查點抑制劑的臨床應用，為無數患者帶來新希望。但這類藥物的臨床前篩選，始終缺少能精準模擬體內環境的理想模型 —— 傳統 2D 腫瘤模型因缺乏生物學相關性，難以預測真實臨床效果。而 3D 生物打印技術的出現，正為這一困境提供了革命性解決方案。
為什么 3D 生物打印模型如此關鍵？
人體內部的 T 細胞殺傷腫瘤過程，本就發生在復雜的三維環境中。2D 培養的腫瘤細胞無法還原細胞外基質（ECM）的作用，也忽略了 T 細胞遷移、浸潤等關鍵生理過程，導致藥物篩選結果與臨床實際存在偏差。
現有的部分 3D 模型（如球狀體、微流控芯片）雖有改進，但普遍存在通量低、無法充分模擬 ECM 功能等問題。而 3D 生物打印技術能精準沉積含細胞的生物墨水，構建出生理相關性更強的腫瘤結構，既保留細胞活性，又能還原腫瘤微環境的復雜性，為免疫檢查點抑制劑篩選提供更可靠的平臺。
實證研究：3D 生物打印腫瘤模型的應用效果
為驗證技術可行性，研究團隊以小鼠肺癌細胞（LLC-1）和同型 OT-1 T 細胞為研究對象，開展了完整的概念驗證實驗。
1. 模型構建：精準打印，穩定存活
采用膠原蛋白 I 作為生物墨水，與 LLC-1 細胞混合后，通過 BIO X 生物打印機的液滴功能，在 96 孔板中完成 3D 腫瘤打印。
圖 1. 腫瘤的三維（3D）生物打印。 使用 BIO X 的液滴打印功能，用膠原蛋白對 Lewis 肺癌細胞（LLC-1）進 行膠原蛋白印刷。將膠原蛋白液滴（腫瘤）熱固化并在 DMEM 培養基中保持 5 天，然后再與 T 細胞共培養。
打印后經 37℃培養箱固化，腫瘤細胞在膠原蛋白基質內穩定生長，5 天內保持高活性，且未脫離基質向 2D 表面擴散，完美模擬了腫瘤的三維生長狀態。
2. T 細胞毒性測定：濃度依賴性殺傷顯著
以不同效應子與靶標（E∶T）比例將 T 細胞與打印腫瘤共培養 48 小時，通過 RFP 熒光強度檢測腫瘤細胞存活情況。
圖 2. 腫瘤細胞的生長和生存力。 對打印的腫瘤進行 RFP 熒光成像，并用鈣黃綠素 AM 染色以確定 T 細胞篩選前第 5 天的細胞活力。
結果顯示，T 細胞濃度越高，腫瘤細胞活力下降越明顯：在 5:1 的 E∶T 比例下，腫瘤存活率顯著降低約 30%（p=0.0003），證明該模型能精準反映 T 細胞的殺傷效率。
圖3. 在第 5 天使用 3D 生物打印的腫瘤模型進行 T 細胞細胞毒性測定。（A）觀察到 T 細胞濃度依賴性地降低了腫瘤細胞的活力，這是通過 RFP 熒光的喪失來確定的。 CTL 的數量代表每孔的總 CTL。 （B）顯示了在存在或不存在 T 細胞的情況下打印的腫瘤的代表性圖像。 使用相同的采集參數拍攝圖像。
3. 免疫檢查點抑制：驗證藥物增強效應
用抗 PD-1 抗體預處理 T 細胞后，與打印腫瘤共培養，觀察到 T 細胞介導的殺傷效果進一步增強（p=0.0039）。
這一結果與臨床認知一致，證實 3D 生物打印模型可有效評估免疫檢查點抑制劑的作用，為藥物篩選提供可靠數據支持。
圖 4. 免疫檢查 （A）顯示了免疫檢查點阻斷測定的示意圖。 單克隆抗 PD1 抗體阻斷了 PD1 與 PD-L1 之間的相互作用，從而增強了 T 細胞對腫瘤細胞的殺傷力。（B）在 IgG 同種型對照或抗 PD1 抗體存在下，將 3D 生物打印的腫瘤細胞與初免化的 T 細胞以 5：1 的 E：T 比例共培養。 PD1 阻斷顯示出對靶細胞的增強殺傷作用。
技術優勢與未來潛力
3D 生物打印腫瘤模型的核心優勢的在于：
結語
3D 生物打印技術打破了傳統腫瘤模型的局限，為免疫檢查點抑制劑篩選提供了更精準、高效的工具。隨著技術不斷優化，它將在個性化醫療、抗癌藥物研發等領域發揮更大作用，推動免疫腫瘤學研究邁向新高度。
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地址：上海市閔行區七莘路108廣場南樓2705室
為什么 3D 生物打印模型如此關鍵？
人體內部的 T 細胞殺傷腫瘤過程，本就發生在復雜的三維環境中。2D 培養的腫瘤細胞無法還原細胞外基質（ECM）的作用，也忽略了 T 細胞遷移、浸潤等關鍵生理過程，導致藥物篩選結果與臨床實際存在偏差。
現有的部分 3D 模型（如球狀體、微流控芯片）雖有改進，但普遍存在通量低、無法充分模擬 ECM 功能等問題。而 3D 生物打印技術能精準沉積含細胞的生物墨水，構建出生理相關性更強的腫瘤結構，既保留細胞活性，又能還原腫瘤微環境的復雜性，為免疫檢查點抑制劑篩選提供更可靠的平臺。
實證研究：3D 生物打印腫瘤模型的應用效果
為驗證技術可行性，研究團隊以小鼠肺癌細胞（LLC-1）和同型 OT-1 T 細胞為研究對象，開展了完整的概念驗證實驗。
1. 模型構建：精準打印，穩定存活
采用膠原蛋白 I 作為生物墨水，與 LLC-1 細胞混合后，通過 BIO X 生物打印機的液滴功能，在 96 孔板中完成 3D 腫瘤打印。
打印后經 37℃培養箱固化，腫瘤細胞在膠原蛋白基質內穩定生長，5 天內保持高活性，且未脫離基質向 2D 表面擴散，完美模擬了腫瘤的三維生長狀態。
2. T 細胞毒性測定：濃度依賴性殺傷顯著
以不同效應子與靶標（E∶T）比例將 T 細胞與打印腫瘤共培養 48 小時，通過 RFP 熒光強度檢測腫瘤細胞存活情況。
結果顯示，T 細胞濃度越高，腫瘤細胞活力下降越明顯：在 5:1 的 E∶T 比例下，腫瘤存活率顯著降低約 30%（p=0.0003），證明該模型能精準反映 T 細胞的殺傷效率。
3. 免疫檢查點抑制：驗證藥物增強效應
用抗 PD-1 抗體預處理 T 細胞后，與打印腫瘤共培養，觀察到 T 細胞介導的殺傷效果進一步增強（p=0.0039）。
這一結果與臨床認知一致，證實 3D 生物打印模型可有效評估免疫檢查點抑制劑的作用，為藥物篩選提供可靠數據支持。
技術優勢與未來潛力
3D 生物打印腫瘤模型的核心優勢的在于：
- 高生理相關性：還原腫瘤微環境及 ECM 作用，篩選結果更貼近臨床。
- 高通量兼容：96 孔板打印格式支持批量實驗，降低篩選成本。
- 靈活適配性：可拓展至患者來源的異種移植模型，助力個性化藥物研發。
結語
3D 生物打印技術打破了傳統腫瘤模型的局限，為免疫檢查點抑制劑篩選提供了更精準、高效的工具。隨著技術不斷優化，它將在個性化醫療、抗癌藥物研發等領域發揮更大作用，推動免疫腫瘤學研究邁向新高度。
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