组织工程化乳腺癌组织体外三维再造及其作为乳腺癌侵袭与转移模型的实验研究

It would be valuable and of great importance for constructing three-dimentional tumor model in vitro by applying tissue engineering approach to investigate the tumor develpoment, progression, invasion and metastasis.Breast cancer is a most common cancer for women, which has a relative higher incidence. To aim directly at the mechanism of the invasion and metastasis of breast cancer, especially the research on the microenvironment of breast cancer is the focus on attention. In this project, we schedule to construct three-dimentional breast cancer tissue in vitro by applying gel/Metrigel extracellular matrix and cell-sheet overlay methods, and to evaluate the malignant phenotypes of engineered cancer tissue. We will analyze the effect of the interaction between breast cancer cells and mesenchymal cells on tumor invasion and metastasis, and will probe the principle of the space and time shift in "epithelium-mesenchymal transition" during tumor metastasis. Meanwhile, we will study the mechanism of breast cancer cells metastasize to engineered bone tissue. Based on these works, we will futher implant multi-labled breast cancer cells, engineered tissues as well as breast cancer-invasing-engineered bone tissues to animals in vivo, and monitor the develpoment and progression of spontaneous metastastsis by in vivo bioluminescence imaging. The novel breast cancer metastasis model set up in this research will mimic the breast cancer microenvironment in vivo and will provide a predominant approach for the research on tumor invasion and metastasis of breast cancer.

采用组织工程技术体外再造肿瘤模型对于研究肿瘤发生、侵袭和转移具有重.要价值和意义。乳腺癌具有很高发病率，针对其侵袭与转移相关机制研究，尤其乳腺癌的微.环境研究是近年来的焦点。本项目拟采用胶原/Matrigel 细胞外基质以及细胞片层叠加技术，.体外再造三维立体乳腺癌组织，并对其恶性表型进行评价。分析乳腺癌细胞以及乳腺间质细.胞之间的相互作用对体外再造乳腺癌浸润转移的影响。探讨乳腺癌浸润过程中"上皮-间质.转换"的时空变化规律。同时，在体外研究乳腺癌细胞对工程化骨组织的靶向转移机制。在.此基础上，对乳腺癌细胞进行多重标记，将体外再造的乳腺癌组织以及乳腺癌细胞体外侵袭的工程化骨组织进行动物体内移植实验；通过活体体内光学成像技术实时追踪乳腺癌自发性转移发生与发展。本研究基于组织工程策略所建立的新型乳腺癌转移模型，能够模拟乳腺癌在体微环境，为深入研究乳腺癌浸润与转移提供了强有力的手段。

本研究聚焦乳腺癌侵袭与转移与微环境之间相互作用，根据组织工程的原理和方法，应用胶原、Matrigel等细胞外基质成分、天然基质材料壳聚糖以及生物相容性好的合成材料如OPF水凝胶和PLGA电纺丝等作为支架材料，以小鼠乳腺癌细胞系EMT6及乳腺间质细胞为种子细胞，体外构建了不同类型的三维小鼠乳腺癌组织，进行了结构与特征性分析与鉴定。探索了不同基质条件下，乳腺癌细胞与间质细胞、微环境的交互作用，分析了乳腺间质细胞对乳腺癌细胞浸润与转移的特性的影响，以及体外再造的三维乳腺癌组织中乳腺癌细胞“上皮-间质转换”的时空变化规律。在胶原/Matrigel 细胞外基质材料中，体外构建的乳腺癌组织自组装形成良好的腺泡样结构，乳腺间质细胞的加入进一步密切了细胞间联系，并促进了乳腺癌体外自组装，提高了肿瘤细胞的增殖能力，降低细胞凋亡率并促进了乳腺癌细胞骨架的重排。为了模拟乳腺癌在转移部位的定着生长，采用PLGA电纺丝材料体外再造乳腺癌组织中乳腺癌细胞发生了显著的间质-上皮转换（MET），诱导上皮表型标志分子的上调和间质表型标志分子下调，促进了利于肿瘤细胞存活和发育的细胞外基质成分的表达，并且肿瘤组织的成血管能显著增强，并获得了在体自发转移的能力，形成的转移瘤的侵袭与浸润性显著增强。利用液态I型胶原/Matrigel为支架材料、舌鳞状细胞癌为种子细胞体外再造工程化的口腔鳞状细胞癌片层。通过比较抗癌药物对二维及三维培养体系中肿瘤细胞的作用差异,评估组织工程肿瘤作为药效评价模型的可行性。本项目基于组织工程策略所建立的乳腺癌模型，能够多角度地模拟乳腺癌在体微环境，为深入研究乳腺癌演进、浸润与转移以及抗肿瘤药物筛选提供了有力的手段。