胃癌作为全球第五大常见恶性肿瘤，其高发病率和死亡率对全球经济和医疗体系构成了巨大负担。化疗是胃癌治疗的重要手段之一，尤其在术后辅助治疗中占据核心地位。然而，胃癌患者对化疗药物的反应存在显著个体差异，药物耐药性问题也时常导致治疗失败。传统的药物敏感性测试方法，如二维细胞活力检测和患者来源的异种移植模型（PDX），虽在一定程度上推动了药物筛选和机制研究，但仍存在诸多局限性，难以满足个性化治疗的需求。因此，开发新型药物敏感性测试方法，对于实现胃癌的精准治疗具有重要意义。

近期，温州医科大学附属第二医院研究团队联合多单位，开发了一种整合水凝胶微胶囊与微流控芯片的创新平台，通过微流控电喷雾技术将原代胃癌细胞封装培养成具备天然肿瘤特征的3D类球体。该平台可高通量生成药物浓度梯度，其药物敏感性检测结果与患者临床治疗反应高度契合，为胃癌个性化药物筛选提供了精准可靠的新工具。相关研究以“Primary Human Gastric Cancer Cells Integrated Hydrogel Microcapsules for Personalized Drug Screening”为题目，发表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

本文要点：

1、该研究提出了一种创新的基于微胶囊的器官芯片平台，用于胃癌个性化药物筛选。研究采用微流控电喷雾技术，将人原代胃癌细胞与羧甲基纤维素混合，封装在海藻酸盐核壳微胶囊中，使肿瘤细胞自发形成类球体并快速增殖，且这些肿瘤类球体具备天然肿瘤的多种特征和异质性。

2、随后，将含肿瘤类球体的微胶囊与带有梯度发生器和培养室的微流控芯片结合，该平台可实现多种化疗药物溶液的动态灌注，高通量生成药物浓度梯度，以评估肿瘤类球体对药物的敏感性。

3、实验结果显示，不同患者的胃癌类球体对药物的敏感性存在差异，且肿瘤类球体检测得到的药物敏感性特征与对应患者的实际临床反应高度一致。

4、不过，该系统目前仍存在芯片稳定性待优化、样本量和药物种类较少等问题，未来需扩大样本量、优化工程设计，以提升其在大规模前瞻性队列中的预测性能，适配更多药物筛选需求，为胃癌个性化治疗提供可靠精准的药物评估工具。

该研究构建的药物筛选平台核心创新点在于将微流控电喷雾制备的CMC-海藻酸盐核壳微胶囊与集成梯度发生器的微流控芯片相结合，实现原代胃癌细胞的3D肿瘤球状体培养与高通量药物筛选一体化。

相比传统模型（2D培养/PDX模型），其优势包括：① 微胶囊提供类体内仿生微环境，肿瘤球状体复刻天然肿瘤的结构、标志物表达及异质性（如缺氧、营养剥夺特征）；② 微流控芯片可生成连续稳定的药物浓度梯度（0-100μM），支持动态灌注和高通量检测；③ 制备标准化（微胶囊直径均一≈400μm）、样本需求量少、检测周期短（培养9天+药物作用72h）；④ 药物敏感性结果与患者临床反应显著一致，精准度更高。

图1 人原代胃癌细胞集成CMC/海藻酸盐微胶囊用于个性化药物筛选的示意图。(a)人原代胃癌细胞的获取及其在CMC/海藻酸盐微胶囊中的肿瘤球状体培养过程；(b)用于药物筛选的微胶囊集成芯片。

图2 (a)无电压条件下CMC/海藻酸盐液滴形成的实时图像；(b) 核（红色）-壳（绿色）微胶囊的荧光图像；(c)均一核-壳结构水凝胶微胶囊的光学图像；(d)扫描电子显微镜（SEM）图像：(i)完整的CMC/海藻酸盐微胶囊，(ii)微胶囊的内部结构，(iii)微胶囊的内表面；(e)CMC/海藻酸盐微胶囊总直径分布；(f)CMC/海藻酸盐微胶囊核尺寸分布；(g)CMC/海藻酸盐微胶囊壳厚度分布。

图3 CMC/海藻酸盐微胶囊封装肿瘤球状体的形成与评估。(a)封装的肿瘤球状体随时间（第1、3、7、9天）变化的明场光学显微镜图像；(b)相应的活/死染色结果；(c)CCK-8检测法分析微胶囊对肿瘤球状体活力影响的统计数据；(d)肿瘤球状体增殖的定量分析（第1、3、5、7、9天），发光信号（Lum）与ATP浓度及细胞数量相关（每组n=6）；(e)第9天肿瘤球状体的直径分布（n=100）。

图4 微胶囊中培养的肿瘤球状体复刻亲本肿瘤的组织学特征。(a)微胶囊中培养的胃癌肿瘤球状体的苏木精-伊红（H&E）染色切片；(b、c)扫描电子显微镜（SEM）图像：(b)完整球状体结构，(c)表面形态的高倍镜观察结果；(d)免疫荧光法检测球状体中EpCAM和Ki-67的表达谱；(e)免疫荧光法检测球状体中CEA和CK7的表达谱。

图5 (a)微流控芯片的实物照片；(b)梯度发生器结构的明场观察图像；(c)培养室结构的明场观察图像；(d)液体进出芯片的流动照片；(e)肿瘤球状体在培养室中培养3天后的活/死染色结果；(f)肿瘤球状体接种到芯片后细胞存活率的定量分析（每组n=10）；(g)微流控芯片中药物浓度分布的数值分析结果；(h)罗丹明B在1、4、7、10号微通道中分布的荧光图像；(i)在微流控通道C1至C10的培养室中测得的罗丹明B荧光强度（数据已进行归一化处理）。

图6 (a)临床结果一致性分析示意图（使用https://BioRender.com制作）；(b-d)三名不同患者来源的肿瘤球状体对不同治疗方案的反应：(b)暴露于奥沙利铂72小时，(c)暴露于5-氟尿嘧啶72小时，(d)芯片上暴露于奥沙利铂与5-氟尿嘧啶联合用药72小时（每组n=30），数据以C1组为参照进行归一化处理；(e)患者1、患者2和患者3治疗前后的计算机断层扫描（CT）图像。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c22674

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