南科大在腫瘤介入栓塞領(lǐng)域構(gòu)建透明化離體模型方面取得最新研究進(jìn)展

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，南科大生物醫(yī)學(xué)工程系助理教授郭瓊玉課題組在腫瘤介入栓塞領(lǐng)域構(gòu)建透明化離體模型方面取得最新研究進(jìn)展，相關(guān)成果論文以“構(gòu)建透明化肝臟離體模型評(píng)估腫瘤血管栓塞治療（Decellularized liver as a translucent ex vivo model for vascular embolization evaluation）”為題發(fā)表在生物材料領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Biomaterials》。

生物技術(shù)迅速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)體外模型和動(dòng)物模型已經(jīng)開始顯示出越來(lái)越多的局限性，而透明化離體器官模型近幾年來(lái)在觀察研究器官的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)疾病機(jī)理等方面有很大的應(yīng)用前景。對(duì)于失去手術(shù)機(jī)會(huì)的肝癌患者來(lái)說(shuō)，最普遍的臨床治療方案之一是經(jīng)導(dǎo)管肝動(dòng)脈化療栓塞術(shù)（Transarterial chemoembolization, TACE），針對(duì)腫瘤供血肝動(dòng)脈選擇性地進(jìn)行栓塞化療。然而，TACE治療缺乏有效模型對(duì)栓塞制劑的栓塞化療特性進(jìn)行評(píng)估，嚴(yán)重影響了該臨床治療藥物制劑的研發(fā)。此前的相關(guān)研究主要使用微流控等體外模型來(lái)評(píng)估栓塞劑性能，但是此類模型使用的材質(zhì)與肝臟真實(shí)血管的機(jī)械性能相差甚遠(yuǎn)，且模型通道的設(shè)計(jì)往往過(guò)于簡(jiǎn)單，難以模擬肝細(xì)胞癌中復(fù)雜的血管分布。而TACE治療的動(dòng)物模型由于采用的DSA、CT、MRI等成像系統(tǒng)分辨率較低，無(wú)法研究栓塞劑在末梢血管中的栓塞深度，且難以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)栓塞效果。因此，如何開發(fā)新型TACE模型系統(tǒng)精確地評(píng)估栓塞制劑，已經(jīng)成為該臨床領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵核心問(wèn)題。

圖1. 透明化離體肝臟模型血管系統(tǒng)的量化分析

針對(duì)這一問(wèn)題，郭瓊玉課題組提出了一種采用脫細(xì)胞全肝器官作為透明化離體模型對(duì)血管栓塞進(jìn)行評(píng)估的新策略。近年來(lái)脫細(xì)胞技術(shù)主要應(yīng)用于可再生器官重建，該研究創(chuàng)新通過(guò)嚴(yán)格控制的脫細(xì)胞灌注方法開發(fā)了透明化離體肝臟，在脫洗細(xì)胞的同時(shí)保留了肝內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)和整個(gè)脈管系統(tǒng)。相較于天然不透明的肝臟，脫細(xì)胞肝臟獲得了半透明的外觀，其脈管系統(tǒng)可以通過(guò)各種成像工具進(jìn)行可視化，包括明場(chǎng)顯微鏡、熒光顯微鏡和光聲顯微鏡（圖1）。

圖2. 在透明化離體肝臟模型中評(píng)估不同腫瘤介入栓塞劑

課題組采用該透明化離體肝臟模型，針對(duì)不同種類的肝癌介入栓塞劑（包括液態(tài)栓塞劑碘化油和固體栓塞劑栓塞微球）進(jìn)行了動(dòng)態(tài)和量化評(píng)估。課題組發(fā)現(xiàn)，透明化離體肝臟模型肝臟血管網(wǎng)絡(luò)的物理和生理特性比基于聚二甲基硅氧烷等材料的體外模型更為復(fù)雜和精細(xì)。因此，通過(guò)使用該透明化離體模型，可以獲得其它模型難以獲得的量化數(shù)據(jù)，包括栓塞劑滲透深度、栓塞終點(diǎn)以及空間分布等重要栓塞特性參數(shù)（圖2）。

圖3. 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)液體栓塞劑碘化油栓塞動(dòng)力學(xué)

此外，課題組首次通過(guò)透明化離體肝臟模型動(dòng)態(tài)評(píng)估了TACE治療的栓塞效果（圖3），發(fā)現(xiàn)液體栓塞劑（如碘化油）的栓塞終點(diǎn)強(qiáng)烈依賴于注射壓力，當(dāng)?shù)饣偷竭_(dá)毛細(xì)血管末端時(shí)注射壓力會(huì)急速升高，可能引發(fā)栓塞劑泄漏和組織損傷。而對(duì)于諸如可降解微球和臨床用栓塞微球等固體顆粒栓塞劑，接近栓塞終點(diǎn)的栓塞顆粒密度顯著減少。該結(jié)果證實(shí)固體栓塞劑的顆粒大小和滲透深度是決定顆粒栓塞劑栓塞分布及栓塞終點(diǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵因素，同時(shí)這兩種因素強(qiáng)烈依賴于血管的尺寸和分布。

郭瓊玉介紹，此項(xiàng)研究工作為建立透明化器官模型可視化研究及評(píng)估臨床治療手段開辟了新的途徑，有望為蓬勃發(fā)展的生物技術(shù)和生物材料提供更加有效的評(píng)估策略。

南科大生物醫(yī)學(xué)工程系科研助理高雅楠是論文第一作者，科研助理李志華等對(duì)論文做出了重要貢獻(xiàn)。郭瓊玉為本論文的唯一通訊作者，南科大為第一通訊單位。該研究獲得了南科大生物醫(yī)學(xué)工程系副教授奚磊、材料科學(xué)與工程系講席教授王湘麟、生物系教授肖國(guó)芝，以及新加坡國(guó)立大學(xué)教授Hanry Yu和副教授Hwa Liang Leo等研究人員的大力支持。

該研究項(xiàng)目獲得了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研究計(jì)劃“材料基因工程”重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市孔雀計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。