创新 3D 模型助力 ECM 相关疾病疗法研究：探索新的治疗方向

研究人员为评估 ECM 疾病疗法，构建 3D 环形组织模型，发现多种药物可改变其力学性能，意义重大。

　　细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）强度和刚度的改变是多种疾病的潜在病理表现，这些疾病包括遗传性疾病，如埃勒斯 - 当洛综合征（Ehlers Danlos syndrome），以及后天性疾病，如纤维化，而纤维化仍是一项尚未满足的重大医疗需求。为了评估有前景的治疗方法，需要新的模型来测量人类 ECM 的强度和刚度。

研究人员将培养的人类成纤维细胞接种到已被模塑成 24 孔板的琼脂糖圆形凹槽中，并用细胞培养基平衡。细胞在重力作用下沉淀、聚集，在不添加外源性支架材料的情况下形成直径 5 毫米的 3D 环形组织。通过免疫染色对环形组织新合成的 ECM 蛋白进行表征。通过测量环形组织的尺寸变化和胶原蛋白水平，评估环形组织对药物和生长因子处理的反应。采用拉伸试验量化药物和生长因子诱导的环形组织强度和刚度的变化。

环形组织在模具中很容易形成，并新合成了富含胶原蛋白的纤维状 ECM 网络，该网络在周向排列，对 I 型胶原蛋白、III 型胶原蛋白和纤连蛋白呈阳性反应。低剂量的基质金属蛋白酶（Matrix Metalloproteinases，MMPs）抑制剂印西环素（incyclinide）处理可增加强度和刚度，而高剂量处理可能由于毒性作用降低拉伸性能。转化生长因子 -β₁（TGF-β₁）是一种已知的纤维化驱动因子，对其进行处理可增加胶原蛋白水平和拉伸性能，在体外模拟纤维化环境。PAT - 1251 是赖氨酸氧化酶样蛋白 2（lysyl oxidase - like protein 2，LOXL2）（一种胶原蛋白交联酶）的抑制剂，对胶原蛋白水平没有影响，但即使在经 TGF-β₁处理而升高的情况下，也能显著降低环形组织的强度和刚度。

人类成纤维细胞可自组装形成 3D 环形组织，并合成可测量拉伸性能的 ECM 蛋白纤维网络。添加 TGF-β₁可模拟纤维化环境，增加环形组织的胶原蛋白水平以及强度和刚度。两种作为 ECM 疾病潜在治疗药物开发的药物 —— 印西环素和 PAT - 1251，改变了环形组织的强度和刚度，从而证明了该模型在测试针对 ECM 生物力学的新疗法方面的实用性。