微流控芯片MIRO模型重塑肿瘤-基质界面：为免疫治疗筛选提供全新平台

本文推荐：研究者开发了微流控芯片免疫响应模型（MIRO），通过模拟肿瘤-基质界面（TME）的空间组织，揭示了基质屏障（CAF/ECM）介导的免疫排斥机制。该平台证实IL2能增强免疫细胞（NK）穿透基质的能力，联合抗HER2单抗（Trastuzumab）可恢复耐药性HER2+乳腺癌的抗体依赖性细胞毒性（ADCC），为免疫联合疗法提供了可量化评估的临床前工具。

　　

摘要

免疫疗法仅对部分癌症患者有效，而肿瘤微环境（TME）的复杂性是导致耐药的关键因素。研究团队开发了全人源化微流控芯片平台MIRO，通过模拟肿瘤-基质界面的空间构象，首次实现了对免疫细胞动态迁移和药物响应的实时观测。

引言

肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）和NK细胞的丰度与患者预后显著相关，但约60-80%患者对免疫调节疗法无响应。研究表明，癌症相关成纤维细胞（CAF）通过分泌TGF-β、PD-L1等免疫抑制分子，以及形成致密的细胞外基质（ECM）网络，共同构成物理和化学屏障。现有3D模型因使用鼠源胶原或合成水凝胶而缺乏生理相关性，而传统微流控技术难以实现多细胞互作的高分辨率追踪。

结果

肿瘤-基质边界空间重构

MIRO采用环形PDMS芯片设计，内径3mm通道连接内外腔室。将GFP标记的CAF#1与mCherry标记的HER2⁺乳腺癌细胞（HCC1954）共培养后，自发形成宽度120±33μm、高度24±5μm的边界区域（EDGE），其CAF排列密度和F-actin信号强度显著高于远端区域（OUT）。激光切割实验显示EDGE区域回缩速度比OUT快1.8倍（p<0.01），提示存在机械应力梯度。

患者样本验证

免疫组化显示MIRO中CAF（α-SMA⁺）、ECM（COLIV⁺/FN⁺）的分布模式与乳腺癌组织高度相似（Pearson r=0.82）。使用5种不同来源成纤维细胞（包括原代pCAF）均能重现边界特征，证实平台普适性。

基质驱动免疫排斥

在无CAF模型中，PBMCs可自由浸润肿瘤区域（浸润率78±12%），而CAF存在时骤降至19±7%（p<0.0001）。时间推移成像显示，NK细胞沿CAF长轴迁移（轨迹夹角16±8°），速度受IL2调控：IL2单药组达5.2±1.8μm/min，较对照组提升55%。

联合疗法机制解析

1. 基质结构无显著改变：IL2+Trastuzumab处理4天后，CAF凋亡率和ECM（FN/COLIV）密度无统计学差异（p>0.05）。
2. 免疫细胞功能激活：qPCR显示IL2组NK细胞的穿孔素（PRF1）和颗粒酶B（GZMB）表达上调3.1倍，整合素ITGAL增加2.4倍。
3. ADCC效应增强：联合治疗组肿瘤细胞死亡率达64±11%，显著高于单药组（Trastuzumab 28±9%，p=0.0006）。单细胞追踪捕捉到NK细胞与癌细胞接触后6分钟内触发溶解的典型事件。

讨论

MIRO的创新性在于：

1. 通过2.5D结构平衡生理相关性与操作可行性，克服传统3D模型无法模拟ECM各向异性的缺陷；
2. 首次量化证实IL2通过提升免疫细胞运动性（而非破坏基质）克服排斥屏障；
3. 为临床IL2联合方案（如NCT05395052试验）提供机制支持。

局限性包括缺乏血管化和神经组分，未来可通过整合器官芯片技术进一步完善。该平台在个性化医疗中具有转化潜力，例如评估患者来源CAF对PD-1抑制剂响应性，或筛选靶向ECM的增效剂。