3D生物打印显微组织开发癌症药物开发中的患者特异性非动物技术(NAT)

我们为什么要资助这个项目?

该奖项旨在在3D生物打印类器官平台中使用骨髓干细胞替代小鼠进行白血病治疗的临床前测试。

改善临床前模型以增加可译性和减少临床试验中的药物损耗是癌症研究的优先事项。细胞系用于在体外研究没有掌握患者癌细胞的所有生物学特征。病人的样本通常可以获得，但通常不能生长体外文化。这就产生了对患者来源的异种移植(PDX)模型的依赖，从患者身上提取的组织被直接移植到免疫缺陷小鼠体内，并通过在小鼠之间的传递来维持。根据英国1986年的《动物(科学程序)法案》，由于肿瘤的生长所造成的痛苦程度，这些实验被归类为中度严重程度。在她的NC3Rs-funded培训奖学金，迪帕利·帕尔博士优化了an在体外用诱导多能干细胞技术产生的骨髓干细胞支持患者来源性白血病样本的培养方法。使用这种方法，她在纽卡斯尔大学(Newcastle University)一年内更换了67个药物测试使用的小鼠，在当地更换了3600只(2680)小鼠中的73%。

该学生将结合Deepali的技术使用生物打印技术在体外方法，使患者来源的白血病样本在3D中培养，以更好地代表在活的有机体内环境。作为培训的一部分，学生将与Alcyomics有限公司合作，他们专门开发在体外用于药物安全性和有效性测试的分析。他们将努力确保所开发的所有协议都是可扩展的，并符合良好的实验室实践安全研究要求，使模型在药物发现过程中更容易被采用。该学生将培养组织工程、3D细胞培养和分化协议方面的技能。

该项目的3Rs目的是在抗癌药物的临床前试验中取代动物。我们的科学目标是开发一个可扩展的患者特异性类器官/显微组织(类器官是作为微型组织的球形结构)平台，并在验证后应用该模型来确定血癌的新治疗方法。我们将与我们的商业合作伙伴Alcyomics Ltd和学术合作伙伴合作，在整个项目生命周期内，确保我们满足行业和学术界对我们平台的最佳采用要求。在白血病治疗中，迫切需要改进策略以减少副作用和避免治疗失败。癌症药物的开发具有最高的“药物消耗率”，这意味着很少有新开发的药物在临床试验中获得成功，尽管在之前的临床前研究中被认为是合适的。因此，我们需要改进临床可译性的临床前模型。细胞系模型不保留患者癌细胞的生物学特性。从临床样本中提取的患者白血病细胞是理想的;然而，这些细胞无法在患者体外生长，可能是由于缺乏周围的骨髓细胞。因此，小鼠骨髓通常被用作培养患者源性白血病细胞的外部“家”。 Leukaemia research by our group at Newcastle requires 3600 animal procedures every year. These animal experiments are classified as “moderate severity”; meaning they cause significant pain, suffering and distress and clearly detectable disruptions to the animal’s normal state.

我们从人类干细胞中开发了合成骨髓干细胞，它支持患者白血病细胞的生长，同时保留了主要的癌细胞特性，因此它们的行为与它们在患者体内的行为相似。当地指标证实，使用这种试点方法，我们在去年的67项药物测试中替换了小鼠。考虑到每次药物试验至少需要40只动物，我们替换了2680只动物(3600只)，这构成了至少73%的本地动物替换。除了需要详细验证以确保这些概念验证指标的可重复性外，我们现有初步方法的关键限制是，我们的模型只适用于选定的一系列白血病样本，而且还包含了缺乏可扩展性的劳动密集型技术，这阻碍了更广泛的科学界采用它。为了克服这个项目中的这些障碍，我们建议使用我们合成的人类骨髓细胞来开发一种自动化的3D骨髓类器官方法来培养和研究患者来源的白血病细胞。通过试点实验，我们已经表明，与之前的2D方法相比，初步的3D BM微组织对白血病细胞增殖提供了更好的支持，因此我们预计，提出的新的3D方法将允许我们培养更多的白血病样本，从而取代更多的动物数量。此外，根据本项目提出的验证步骤，我们将生成标准化的协议，以促进通过现有和新的合作更广泛地认可我们合成的bm类器官。开发一种基于自动化的方法将使我们能够在更大的规模上测试新药，而标准化协议的生成将确保我们克服目前接受我们平台的障碍。

来自英国主要癌症研究资助者的内政部报告和年度支出报告表明，每年在白血病研究中使用的动物程序有9000种。在项目生命周期内获得更广泛的认可后，我们在全国复制的动物数量减少了73%，这意味着每年在白血病研究中减少6500个动物实验的最低目标。此外，我们的平台将提供概念验证的临床前模型，应用于其他实体肿瘤，以取代癌症研究中更多的动物。