腫瘤干細(xì)胞（CSCs）是腫瘤的“種子”細(xì)胞，具有自我更新和多向分化的潛能，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和耐藥中發(fā)揮重要的作用，靶向CSCs對(duì)于治療腫瘤具有重要的意義。但CSCs在腫瘤組織中的占比非常小，且缺乏有效標(biāo)志物，導(dǎo)致難以有效分離和富集CSCs，進(jìn)而限制了靶向CSCs的研究與藥物開發(fā)。近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)CSCs的分離與富集，國(guó)內(nèi)外的研究者提出了諸多方法，如懸滴法、克隆形成法、水凝膠微囊法和基于超低吸附培養(yǎng)的成球?qū)嶒?yàn)等，但依舊面臨著耗時(shí)耗力、成本高、干細(xì)胞富集球體不均勻和難以高通量等問題。

近日，清華大學(xué)機(jī)械工程系熊卓和張婷課題組在學(xué)術(shù)期刊《Small》發(fā)表題為”3D打印的甲基丙烯酸酐化明膠-納米黏土水凝膠通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路誘導(dǎo)結(jié)直腸癌腫瘤干細(xì)胞”（3DBioprintedGelMA-NanoclayHydrogelsinduceColorectalCancerStemCellsthroughActivatingWnt/β-cateninSignaling）的研究論文。該研究基于生物3D打印研發(fā)了一種結(jié)直腸癌CSCs高效誘導(dǎo)與富集的新方法，探究了生物材料誘導(dǎo)CSCs的新機(jī)制，為CSCs研究和靶向CSCs的高通量藥物篩選提供了一種高效模型。

圖1. 3D打印GelMA-nanoclay水凝膠誘導(dǎo)富集腫瘤干細(xì)胞示意圖

作者研究發(fā)現(xiàn)甲基丙烯酸酐化明膠（GelMA）和納米粘土（nanoclay）制備成的雜化水凝膠具有良好的打印性能、孔隙率和接近體內(nèi)腫瘤的力學(xué)性能。結(jié)合生物3D打印，該雜化水凝膠能高效促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的成球能力和細(xì)胞干性。機(jī)制研究表明，該雜化水凝膠主要通過重塑細(xì)胞外基質(zhì)并激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路從而誘導(dǎo)和富集CSCs，可以作為CSCs誘導(dǎo)和富集的體外模型。與傳統(tǒng)的CSCs富集模型相比，通過GelMA-nanoclay水凝膠富集的CSCs微球形態(tài)均一，數(shù)量更多，具有更強(qiáng)的干性且對(duì)靶向CSCs藥物更加敏感，因此是腫瘤干細(xì)胞分離富集的更優(yōu)方法。

圖2. 三維打印的雜化水凝膠具有誘導(dǎo)富集CSCs的特性，其誘導(dǎo)的CSCs球可作為靶向CSCs藥物篩選模型。（a-c）雜化水凝膠具有良好的孔隙率和生物相容性；（d-e）雜化水凝膠來(lái)源細(xì)胞微球的干性增強(qiáng)；（f-i）雜化水凝膠誘導(dǎo)富集的干細(xì)胞球更多、更均一且對(duì)靶向CSCs藥物更加敏感。

清華大學(xué)機(jī)械系生物制造中心博士后張艷梅為論文第一作者，清華大學(xué)機(jī)械系熊卓副教授為論文通訊作者。清華大學(xué)機(jī)械系生物制造中心張婷副研究員、清華大學(xué)自動(dòng)化系古槿副教授和解放軍總醫(yī)院?jiǎn)讨胃苯淌趫F(tuán)隊(duì)共同參與了本研究工作。論文作者還有機(jī)械系科研助理王子萱，自動(dòng)化系2020級(jí)博士生胡啟帆，機(jī)械系2021級(jí)博士生駱浩、2018級(jí)博士生魯冰川，解放軍總醫(yī)院主治醫(yī)師高云鶴，以及機(jī)械系博士后周雍森、方永聰。該研究獲得清華大學(xué)人才引進(jìn)啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)基金項(xiàng)目的支持。