3D体外休眠骨髓瘤细胞模型的开发和验证，以减少和替代动物研究

我们为什么要资助这个项目?

该奖项旨在通过开发3D技术取代小鼠骨髓瘤模型在体外多发性骨髓瘤休眠模型，再现骨髓瘤细胞与成骨细胞相互作用的骨髓环境。

休眠的多发性骨髓瘤细胞被认为是导致疾病复发的患者治疗后。这些细胞可以抵抗当前的治疗，在治疗结束后重新填充肿瘤之前，它们与成骨细胞一起居住在骨内膜龛内。小鼠多发性骨髓瘤模型被用来评估潜在的治疗方法及其作用机制，以及它们对休眠骨髓瘤细胞的影响。模型包括通过尾静脉注射多发性骨髓瘤细胞系，将其植入骨髓形成肿瘤。根据英国《1986年动物(科学程序)法案》，由于动物经历的高肿瘤负担，这些模型的严重程度被定义为造成中度痛苦，这可能导致终末期肢体瘫痪。Michelle Lawson博士之前已经证明，在使用成骨细胞条件培养基的2D培养中，骨髓瘤细胞可以被诱导进入休眠。此后，她将这项研究扩展到使用支架来培养成骨细胞和骨髓瘤细胞，以更好地再现细胞栖息的3D骨内生态位在活的有机体内．

该学生将扩展米歇尔的初步数据，以开发一个3D在体外骨髓瘤细胞休眠模型。他们将评估两种不同支架类型的使用，以确定骨髓瘤细胞系和患者来源的细胞哪种更能代表生态位。然后，学生将通过抗骨髓瘤治疗来验证模型，并将结果进行历史性的比较在活的有机体内而且在体外数据来进一步建立对模型的信心。他们将在在体外模型，荧光显微镜和流式细胞术。

多发性骨髓瘤(MM)是骨髓(BM)中恶性浆细胞生长引起的一种B细胞癌。尽管针对骨髓瘤细胞(MC)内在通路的治疗方法已经发展，但它仍然是无法治愈的。疾病的复发被认为源于定位于特化的骨内龛的休眠MCs，它们靠近成骨细胞，而成骨细胞抵抗化疗并重新填充肿瘤。由于细胞复杂性、脉管系统和三维(3D)骨结构，在体外环境中再现骨髓微环境是非常具有挑战性的。然而，由于我们知道成骨细胞在MC休眠中起着关键作用，而且它们位于骨表面，靠近细胞外基质(ECM)，这将提供一个模拟这一过程的平台在活的有机体内方面在体外．

因此，本项目以3Rs为重点培养对象的博士研究生的目的是建立几种MC休眠的体外3D模型，并将其与已建立的临床相关MC休眠和耐药小鼠模型的新数据和现有数据进行对比验证。这将最终导致在骨髓瘤研究中显著减少动物使用，在某些情况下完全替代动物。

初步研究结果:之前我们已经证明，成骨细胞条件培养基或与成骨细胞共培养的因素诱导了MC的体外休眠。此外，利用小鼠骨髓瘤模型，我们发现BM中增殖的MCs中也存在休眠的MCs，它们居住在骨表面的成骨细胞附近。因为我们现在知道成骨细胞在MC休眠中扮演着关键角色，所以我们决定延长最初的2D在体外培养系统，通过创建类似于骨骼和ECM的3D结构，进一步再现BM的复杂性。将PolyHIPE 3D支架或3D 1型胶原细胞外基质(ECMs)与人或鼠MCs、成骨细胞或两者共培养细胞接种，并通过扫描电镜(SEM)、细胞活力测定或荧光成像来评估其生长情况。扫描电镜观察成骨细胞与PolyHIPE 3D支架的粘附情况，两种细胞的生长均无明显毒性。使用ECMs也观察到了类似的结果。综上所述，这些数据证实了这两种3D结构是生物兼容的。

研究计划:我们的目标是开发和验证几种3D在体外MC休眠模型，再现了MC-成骨细胞在BM微环境中的相互作用在活的有机体内即诱导MC休眠。我们将通过评估这些新建立的3D体外模型中休眠的MCs，并对其进行表征，从而使它们可以可靠地作为骨髓瘤小鼠模型的有效替代品，以评估新的抗骨髓瘤治疗方法。我们假设体外的MC休眠3D模型将模仿目前建立的骨髓瘤临床前体内模型的BM的骨内生态位中观察到的休眠MC。

3Rs影响:在过去的5年里，平均每年有144篇论文使用小鼠骨髓瘤模型来评估抗骨髓瘤疗法及其作用机制。每项研究大约使用50只小鼠，相当于每年使用约5400只小鼠(5年内使用约36000只小鼠)。因此，在我自己的研究实验室，这可能导致每年减少200多只小鼠，随着更广泛的科学界对这一领域的兴趣增加，这可能导致全国每年减少约1000只小鼠。在全球范围内，动物实验的数量可以减少约75%，在5年内至少拯救27000只老鼠。