3D 打印 β- 磷酸三钙支架构建骨肉瘤仿生微环境的体外模型：理化特性与转录组学研究

来源：EFL生物3D打印与生物制造

当前骨肉瘤研究的临床前模型面临关键挑战：传统二维细胞培养和动物模型难以模拟体内肿瘤微环境的复杂性，导致药物筛选 translatability（转化相关性）低。例如，平面培养无法体现骨组织的三维结构及细胞间相互作用，而动物模型存在伦理限制且与人类生理环境差异显著。此外，现有三维模型缺乏仿生骨基质，难以准确反映肿瘤-骨组织交互作用，如血管化不足、成骨细胞与肿瘤细胞动态互作机制不明。   

意大利东皮埃蒙特大学Lia Rimondini教授与芬兰坦佩雷大学Jonathan Massera教授团队合作，开发了3D打印β-磷酸三钙（β-TCP）支架，构建仿生骨环境的骨肉瘤体外模型。该支架通过低温挤出打印结合烧结工艺，形成具有微米级孔隙（孔径264±24 μm）和分级结构的骨模拟基质，支持成骨间充质干细胞（pBMSCs）黏附并分泌细胞外基质（ECM）。通过三培养体系（骨肉瘤 spheroids、pBMSCs、内皮细胞）结合动态灌注，模型成功模拟肿瘤微环境的代谢活动及药物分布特性。转录组学分析显示，支架诱导pBMSCs表现出ECM组织相关基因表达，而非强烈成骨分化，证实其对天然骨微环境的仿生特性。   

相关工作以“3D-printed β-TCP scaffold as a bone-mimicking environment for an engineered model of osteosarcoma: In vitro properties and transcriptomic insights”为题发表在《Materials Today Bio》上。

图1. – 三维体外骨肉瘤模型组装示意图。

图 3. – a、b 和 c：通过扫描电子显微镜（SEM，a 和 b）和显微计算机断层扫描（μCT，c）观察到的 3D 打印 β-TCP 支架的微观结构。

研究内容
1. 3D打印β-TCP支架制备：低温挤出打印结合烧结，形成分级孔隙结构（宏观孔径264±24 μm，微观6.03–31.13 μm），力学性能接近松质骨（杨氏模量11.17±2.90 MPa）。   

2. 多细胞共培养模型：整合骨肉瘤spheroids、pBMSCs、内皮细胞，动态灌注提升代谢活性，模拟肿瘤-骨-血管交互微环境。   

3. 转录组学机制：pBMSCs在支架上激活ECM组织与黏附通路，而非成骨分化，证实物理微环境调控细胞行为。   

4. 药物毒性评估：三培养模型中阿霉素积累量较单培养降低80%，ECM屏障模拟体内药物扩散限制。   

5. 血管化与降解：β-TCP抑制内皮网络形成，动态灌注加速钙磷离子释放，降解与微环境pH相关。

文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101766