Hintergrund und Zielsetzung: Gallengangskarzinom ist ein hochaggressiver bösartiger Tumor des Verdauungssystems mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von weniger als 10%. Aktuelle zweidimensionale (2D) Zellkulturmodelle können die dreidimensionalen (3D) histologischen Merkmale und Arzneimittelreaktionen von Tumoren nicht realistisch widerspiegeln, was die Wirkstoffscreening und Mechanismusforschung einschränkt. Die 3D-Bioprinting-Technologie ermöglicht die kontrollierte Herstellung komplexer Tumormodelle, die die Mikroumgebung im Körper nachahmen. Ziel dieser Studie ist es, ein 3D-Bioprinting-Gallenblasenkrebsmodell unter Verwendung von Methacryloyl-Gelatine (GelMA) zu erstellen und die molekularen Merkmale sowie die Medikamentensensitivität mit einem 2D-Modell zu vergleichen. Methoden: In dieser Studie wurde die NOZ-Menschen-Gallenblasenkrebszelllinie mit GelMA-Hydrogel-Bioink verwendet, um ein 3D-Gallenblasenkrebsmodell durch extrusionsbasierten Bioprinting herzustellen, das die Tumormikroumgebung simuliert. Die Zellmorphologie und Proliferationsaktivität des 3D-Modells wurden mittels Mikroskopie, Lebend/Tot-Färbung und Cell Counting Kit-8 (CCK-8) bewertet. Nach RNA-Extraktion erfolgte die RNA-Sequenzierung auf der Illumina NovaSeq TM 6000-Plattform, kombiniert mit der differentiellen Expressionsanalyse mittels DESeq2, sowie die Validierung einiger differentiell exprimierter Gene durch Echtzeit-Fluoreszenz-quantitative Polymerase-Kettenreaktion (RTFQ-PCR). Die Medikamentensensitivität wurde durch Dosis-Wirkungs-Experimente mit Gemcitabin (GEM), Cisplatin (DDP), Albumin-gebundenem Paclitaxel (nab-Paclitaxel) und 5-Fluorouracil (5-FU) gemessen, wobei die halbmaximale Hemmkonzentration (IC50) berechnet wurde, um die Sensitivität der Modelle gegenüber verschiedenen Medikamenten zu bewerten. Die statistische Analyse wurde mit GraphPad Prism 9.0 und R 4.4.0 durchgeführt, wobei P<0,05 als statistisch signifikant galt. Ergebnisse: Das 3D-Modell zeigte eine stabile Struktur, die Zellen behielten eine hohe Vitalität und bildeten sphärische Aggregate im Hydrogel, die Proliferationsfähigkeit war signifikant höher als beim 2D-Modell. Die Transkriptomsequenzierung identifizierte insgesamt 617 differentielle Expressionsgene, davon 235 hoch- und 382 herunterregulierte, hauptsächlich angereichert in Zellzyklus-, Entzündungsreaktions- und Zytokin-Signalwegprozessen. Die RTFQ-PCR-Validierung stimmte mit den RNA-Sequenzierungsergebnissen überein. Die Medikamentensensitivitätstests zeigten, dass die IC50-Werte des 3D-Modells für verschiedene Chemotherapeutika höher waren als beim 2D-Modell, was auf eine klinische Tumorresistenz hinweist. Fazit: In dieser Studie wurde ein 3D-Bioprinting-Gallenblasenkrebsmodell erstellt. Im Vergleich zur 2D-Kultur zeigte das 3D-Modell eine geringere Sensitivität und höhere IC50-Werte gegenüber GEM, DDP, nab-Paclitaxel und 5-FU, was besser zu klinischen soliden Tumorresistenzeigenschaften passt. Daher ist das 3D-Modell dem 2D-Modell bei der Simulation von Arzneimittelresistenz und geringer Sensitivität überlegen und kann zur Erforschung von Resistenzmechanismen sowie zum Screening und zur Validierung von Wirkstoffkandidaten/Kombinationen verwendet werden.

Gallenblasenkrebs;3D-Bioprinting;GelMA-Hydrogel;Transkriptomik;Medikamentsensitivität;In-vitro-Modell