一个集成的微流体培养模型,用于在正常和缺氧条件下的光动力学治疗评估
Yamin Yang1, Yalei Zhang2, Liyun Chang2
1Department of Biomedical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 169 Sheng Tai West Road, Nanjing, 210016, Jiangsu, China. yaminyang@nuaa.edu.cn.
概括
一个新的微流体平台模拟瘤状况,以改善光动力学疗法 (PDT). 这种工具精确地控制氧气和药物输送,揭示了缺氧如何影响PDT疗效,从而改善癌症治疗策略.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 癌症研究 癌症研究
- 微流体学 微流体学
背景情况:
- 光动力疗法 (PDT) 是一种癌症治疗方法,使用光敏剂,氧和光来产生杀死细胞的活性氧物种 (ROS).
- 瘤缺氧和有限的药物/光透阻碍了PDT的有效性,需要先进的体外模型来优化.
- 目前的模型难以复制复杂的瘤微环境,限制PDT的研究和开发.
研究的目的:
- 开发和验证一个微流体平台,准确地模仿关键瘤微环境特征,用于光动力学治疗 (PDT) 研究.
- 为了使PDT在受控条件下有效性的系统评估,包括氧气水平和光敏剂的输送.
- 研究瘤微环境,特别是缺氧和扩散限制对PDT反应的影响.
主要方法:
- 一个微流体装置与阿加凝嵌入的瘤细胞被设计为精确控制几何和环境.
- 集成了用于光敏感剂的动态输液,氧气调节 (正常/缺氧) 和可调节的光照射.
- 计算流体动力学 (CFD) 和离散元件方法 (DEM) 模拟优化了细胞负载和微室设计.
- 活/死和CCK-8试验被用于评估细胞活力和在不同条件下的治疗反应.
主要成果:
- 该平台成功地复制了固体瘤特征的扩散限制和缺氧.
- PDT 疗法的有效性显示出与光敏化剂流量相关的空间梯度,在低氧条件下显著降低 (>85%的活力).
- 与低氧相比,normoxia的ROS生成率更高,在normoxia下,随着光剂量的增加,细胞活力下降.
结论:
- 开发的微流体平台有效地回顾了PDT研究的关键瘤微环境因素.
- 该模型为评估光敏剂,优化PDT协议以及理解依赖氧气治疗反应提供了有价值的工具.
- 这些发现强调了瘤缺氧对PDT疗法的重大挑战,并强调了需要制定克服它的策略.
