基于人肿瘤ECM特性的药物载体评价模型制备及应用研究

To improve tumor penetration of drug nanocarriers and explore the effective evaluation model for antitumor drug delivery, a bionic scaffold, which will be supported by polyurethane (PU) and filled with type I collagen and fiber connection, is designed based on the extracellular matrix (ECM) of human tumor. Biocompatibility and other biological properties of the three-dimensional (3D) scaffold will be investigated in detail. The 3D model, as an evaluation model for antitumor drug delivery systems, will be obtained through coculture techniques of tumor cells and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs).To confirm the validity of the 3D model, the permeability of various antitumor drug nanocarriers into the 3D model tumor and their antitumor activities will be evaluated, simultaneously, these obtained results will be compared with those done in orthotopic transplantation tumor model of nude mice. This proposed research will achieve an efficient approach for evaluation of drug delivery systems in vitro, which will reduce the research and development cycle of new antitumor drug delivery systems and provide reliable research data for clinical trials.

为了提高药物载体肿瘤渗透性，探索和设计有效的药物载体评价模型。基于人肿瘤组织细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）特性，以聚氨酯为基材，I型胶原和纤维连接蛋白为填料合成与人肿瘤ECM相似的仿生支架，并与人肿瘤细胞和人脐静脉内皮细胞共培养构建用于药物载体的体外仿生三维（Three-Dimensional，3D）肿瘤模型评价体系。将考察仿生支架生物相容性及生物学性能，并重点研究仿生3D肿瘤模型用于评价不同药物载体的肿瘤渗透性和靶向药物的抗肿瘤活性，以原位移植瘤模型为对照，验证仿生3D肿瘤模型作为评价体系的有效性。研究结果将为体外3D培养模型支架材料设计提供一种新思路和新手段，构建的体外仿生3D肿瘤模型有望成为理想便捷的药物载体评价工具，缩短抗肿瘤靶向药物载体研发周期，为临床试验提供可靠的研究数据。

由于传统的体外二维(two-dimensional，2D)培养细胞模型缺少三维（three-dimensional， 3D空间结构，使得体外肿瘤细胞实验与小鼠体内实体瘤对药物载体及抗肿瘤药物评估出现较大偏差。虽然目前有许多3D肿瘤模型已用于肿瘤研究，但由于这些3D 肿瘤模型支架都缺乏像体内ECM的特性，因此在应用上出现诸多不足之处。为了改进和构建更理想的3D 肿瘤模型，本研究以肿瘤ECM特性为依据，设计精确的3D支架用于构建3D肿瘤模型。本项目的主要研究内容、重要结果和关键数据包括：.(1)研究了不同的脱细胞方法对肿瘤组织细胞外基质成分的影响，明确定了脱肿瘤组织细胞的最佳方法。.(2)制备和评价了不同三维多孔支架材料学特性和细胞相容性。发现PCTPU多孔支架具备有良好的细胞相容性、稳定性能以及三维结构的同时，其孔隙率、力学性能均 满足3D支架要求。 .(3)构建和评价了构建的体外3D肿瘤模型的生物学特性。发现3D培养模型中细胞与体内实体瘤内细胞有相似的生长方式，对细胞增殖能力和细胞凋亡无明显影响；3D肿瘤模型微环境能调节细胞中相关基因蛋白的表达水平，使这些基因蛋白的表达水平更接近于体内肿瘤组织中的相关蛋白表达水平。.(4)观察不同表面电荷的纳米胶束药物载体在3D肿瘤模型中的渗透情况，验证3D 肿瘤模型抗肿瘤活性的有效性。发现不同表面电荷的纳米胶束药物载体在3D 肿瘤模型中渗透速度明显慢于2D培养细胞，但快于纳米胶束药物载体在皮下移植瘤模型和肺原位肿瘤组织中渗透速度； 3D肿瘤模型可明显增强对化疗药物的耐受性，提高细胞的IC50浓度；在抗肿瘤活性方面，无论是以纳米胶束为载体的化疗药物，还是以重组腺病毒为载体的基因药物对3D肿瘤模型、皮下移植瘤模型以及肺原位肿瘤都同样具有明显效果，在组织学上，药物对体外3D肿瘤模型的作用方式与体内肿瘤模型具有相似之处。.通过研究，我们成功构建了体3D肿瘤模型并可以有效用于抗肿瘤活性评价，这些研究结果为3D培养模型支架材料的设计提供一种新思路，在缩短药物载体和抗肿瘤活性评价周期的同时为临床前动物实验提供理论依据。