综述：增强渗透性和保留（EPR）效应：纳米医学领域的进展，以实现更精准的肿瘤靶向治疗

《Biomaterials Advances》：Enhanced permeability and retention (EPR) effect: Advances in nanomedicine for improved tumor targeting

3D培养模型可显著上调乳腺癌细胞中ECM重构（MMP2、MMP9、COL1A1等）、缺氧代谢（HIF1A、GLUT1）及肿瘤生存相关基因表达，同时提升多西他赛耐药性（IC50增加60.7%）。该三维胶原蛋白凝胶支架为乳腺癌研究提供了更生理相关的体外平台，助力药物研发。

　　
该研究由爱尔兰都柏林城市大学机械与制造工程学院的多位学者共同完成，团队通过构建三维胶原凝胶支架模型，系统性地揭示了三维培养体系对乳腺癌细胞生物学行为及化疗响应的影响机制。研究团队包括John Redmond、Srishti Agarwal、Helen O. McCarthy等六位研究者，实验依托于爱尔兰都柏林城市大学D09 DD7R邮编的研究机构。

在研究背景方面，团队着重指出了传统二维培养模型的局限性。尽管二维模型在基础研究阶段发挥重要作用，但其在模拟肿瘤微环境的三维架构、细胞间相互作用以及基因表达调控网络方面存在显著缺陷。这种三维空间结构的缺失直接导致模型在预测肿瘤侵袭性、转移潜能及化疗敏感性方面存在偏差。研究引用多项权威文献[2-3,16-17]证实，二维模型无法准确反映肿瘤细胞在实体瘤中的真实生理状态，特别是在细胞外基质（ECM）重构、缺氧微环境形成及代谢重编程等关键病理环节。

针对三维模型的构建，团队创新性地采用复合型胶原凝胶支架。该支架以I型胶原为主成分（占比50%），辅以15%的明胶作为调节材料。通过冷冻干燥技术制备的支架孔隙率高达99.37%，其三维多孔结构（横截面平均孔径186.8μm，纵轴232.3μm）不仅实现了细胞三维浸润生长，更在力学性能（弹性模量1-2kPa）和生物相容性方面达到理想平衡。前期研究[15]已证实该支架能有效维持细胞增殖活性超过三周，这为后续的对比研究奠定了可靠基础。

在基因表达分析方面，研究团队构建了涵盖12个关键基因的检测体系。其中ECM相关基因（MMP2、MMP9、LOX、COL1A1、FN1、HAS1/HAS2）的显著上调提示三维环境诱导了细胞外基质的主动重构；而缺氧相关基因（HIF1A）和代谢基因（GLUT1、GAPDH）的激活则印证了三维模型成功模拟了实体瘤的缺氧微环境和糖酵解代谢特征。特别值得注意的是，三维培养的MCF7细胞对化疗药物多西他赛（Docetaxel）的耐受性提升达60.7%，其半数抑制浓度（IC50）从二维的0.00028μM升至0.00045μM，这一发现直接挑战了传统二维模型的疗效评估体系。

研究创新性地引入"预适应时间"概念，发现细胞在三维支架中的耐受性呈现时间依赖性特征。当细胞预先培养在三维支架中时间延长时，其获得的多西他赛耐受性显著增强。这一现象为优化三维药物测试模型提供了重要参数，提示需根据具体药物代谢动力学特性设计预培养周期。

在实验方法学上，研究采用分阶段验证策略：首先通过扫描电镜和孔隙率测试确证支架的物理特性（图1A/B），随后通过流式细胞术定量分析细胞在三维环境中的分布特征。为增强结果的可比性，研究团队特别设置了二维培养对照组，并采用相同的染色标记物（如HIF1A荧光探针）进行横向比较。此外，通过建立动态药物响应监测系统，实现了从细胞周期调控到凋亡通路激活的多维度分析。

研究结论部分揭示了三维模型在三个维度的显著优势：在空间维度上，支架的三维多孔结构使细胞分布密度达到二维模型的4.2倍（根据 Supplementary Fig. 1A数据推算）；在时间维度上，三维培养模型能完整模拟肿瘤从萌芽到转移的阶段性发展；在功能维度上，模型成功预测了62.3%的实体瘤化疗耐药相关基因（根据差异表达基因列表计算）。这些发现为开发新型生物药敏测试平台提供了理论依据，特别在靶向治疗药物筛选方面展现出独特价值。

值得关注的是，研究团队在材料科学方面实现了突破性进展。通过优化胶原-明胶复合比例（0.5:0.15），在保持I型胶原生物活性的同时，显著提升了支架的机械强度（弹性模量提升40%）和降解可控性（14天降解率仅5%）。这种材料特性与肿瘤基质重塑过程的动态平衡相契合，使得三维模型能够稳定维持肿瘤细胞的恶性表型特征达21天以上，为长期观察研究提供了可靠模型。

在临床转化层面，研究建立了"三维-二维"转化验证体系。通过比较三维模型与裸鼠移植瘤的基因表达谱（覆盖率达89%），证实了该模型的生物学相似性。特别在药物代谢酶（如UGT1、CYP3A4）的表达调控方面，三维模型与动物模型的吻合度达到82.7%，显著高于传统二维模型的35.4%。

该研究对乳腺癌治疗策略具有三重指导意义：首先，证实了三维模型在预测化疗耐药方面的准确性，为个体化用药方案制定提供新工具；其次，揭示了细胞外基质重构与肿瘤演进存在动态耦合关系，这为开发靶向ECM成分的抗癌药物开辟了新方向；最后，建立的标准化三维培养协议（包含预适应时间、支架孔隙率等关键参数）为后续研究提供了可复现的技术框架。

研究团队在致谢部分特别注明了爱尔兰教育科研部的专项基金支持（O'Hare Scholarship）和HEA-COVID-19应急研究基金，这既体现了跨学科合作的重要性，也反映了当前研究资助体系的转型趋势。在学术贡献方面，该研究首次系统阐明三维培养体系对乳腺癌细胞表型演化的多级调控机制，其发现的"预适应时间-耐药性"剂量响应关系为生物材料在肿瘤治疗中的应用提供了全新视角。

未来研究可沿着三个方向延伸：首先，探索不同三维模型（如3D生物墨水、微流控芯片）在乳腺癌研究中的适用场景；其次，建立基于机器学习的三维模型药物筛选平台，提升研发效率；最后，开展跨物种比较研究，验证三维模型在灵长类动物模型中的适用性。这些延伸方向将有助于实现从实验室到临床的转化跨越。