CNBio器官芯片｜3D灌流黑色素瘤模型评估CAR-T细胞疗法

摘要：开发基于Physio Mimix的黑色素瘤器官芯片，重建血管内皮屏障及肿瘤微环境，评估抗HLA-GCAR-T细胞的迁移、跨内皮浸润及杀伤活性，为免疫治疗研究提供新型体外模型。

关键词：器官芯片、Organ-on-Chip、CAR-T细胞、CAR-T疗法、免疫细胞迁移、黑色素瘤、血管内皮屏障、肿瘤微环境、免疫治疗、体外药效评估、抗HLA-G、PhysioMimix

本文为2026年6月22日至24日，CNBio在葡萄牙布拉加的EUROoCS Annual Meeting（欧洲器官芯片年会）上展示的海报，该项目由欧盟资助，同时英国和瑞士合作单位分别由本国科研资助机构提供经费支持。需要原文的可联系曼博生物获取。

图：EUROoCS Annual Meeting2026（2026欧洲器官芯片年会）

一、用于评估CAR-T细胞疗法疗效与毒性的3D灌流黑色素瘤芯片模型

癌症芯片（Cancer-on-a-chip）等临床前模型正处于癌症研究的前沿；然而，能够完整模拟CAR-T细胞等免疫治疗全过程免疫级联反应的模型仍然十分有限。这些过程包括：血液循环、跨内皮迁移、肿瘤浸润以及癌细胞裂解。利用更相关的体外系统重建肿瘤微环境所形成的物理和生化屏障，对于研究CAR-T细胞针对原发肿瘤的作用表现很重要，同时还能为其潜在不良反应提供深入认识。

作为Melomanes项目（利用磁性纳米颗粒治疗转移性黑色素瘤的联合疗法）的一部分——这是一个覆盖整个欧盟的研究联盟，致力于开发一种结合抗HLA-GCAR-T细胞和能够诱导局部高温的磁性纳米颗粒的免疫治疗策略——本项目旨在开发一种更相关的黑色素瘤芯片模型，用于评估CAR-T细胞治疗的疗效与安全性。

该模型基于PhysioMimix Core（CNBio Innovations）（可扫描文末图片查看CNBIO器官芯片解决方案）构建，通过培养基循环模拟血液流动。基于Transwell的双腔室策略能够实现趋化因子调控的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）单层上的免疫细胞迁移。这类基于人体来源细胞的临床前模型有望提高预测准确性，同时减少对体内动物实验的依赖。

二、研究目标是什么？

•利用人黑色素瘤细胞系SK-MEL-5构建黑色素瘤芯片模型。

•构建由HUVEC组成的人源内皮屏障，并研究TNF-α刺激引起的内皮活化。

•评估基底侧灌流（basolateral perfusion）对内皮屏障形成的影响。

•评价趋化因子介导的CAR-T细胞运动能力及其跨越内皮层迁移能力，并分析其与内皮活化状态之间的关系。

•研究不同灌流条件及内皮活化状态下CAR-T细胞的细胞毒性作用。

三、研究方法

1.黑色素瘤芯片模型的建立

· 利用PhysioMimix系统建立效应细胞/内皮细胞器官芯片系统。

· 将HUVEC接种于IV型胶原（Collagentype IV）包被的Transwell上，并在0.5μL/s的培养基灌流速率下培养48h。

· 通过免疫荧光染色（F-actin、ZO-1）、跨内皮电阻（TEER）以及采用4kDaFITC-dextran的细胞旁通透性检测，对屏障形成情况进行评价。

· 采用慢病毒（lentivirus）转导使SK-MEL-5稳定表达HLA-G，以确保其细胞表面持续表达。

图1. 黑色素瘤芯片模型的建立

2.模型生成的时间进程如下图

图2. 黑色素瘤芯片模型生成的时间进程

四、结果

1.经TNF-α处理后，可诱导VCAM-1表达上调，并导致细胞黏附丧失、细胞形态发生改变以及内皮层通透性增加（图3）。

图3.Transwell膜基底侧内皮屏障的优化。a：左图为相差显微图像，右图为相差显微图像与Phalloidin-FITC荧光图像的叠加图，显示Transwell膜孔已被HUVEC覆盖。b：TNF-α处理后，Transwell上内皮细胞间黏附丧失（Phalloidin，绿色，1:400；ZO-1，红色，1:1000）。c：TNF-α刺激后，免疫荧光（IF）染色显示VCAM-1表达上调（左图，1:500）；同时，细胞形态表现为细胞体分离并呈细长状（右图，96孔板）。

2.通透性检测和TEER检测结果表明，在灌流培养48h后，内皮屏障完整性达到高水平（图4）

图4.通过FITC-dextran测定表观渗透系数（Papp）并监测跨内皮电阻（TEER）评价内皮屏障完整性。a.人Ⅳ型胶原包被Transwell膜可提高内皮屏障完整性。b.基底侧灌流和细胞接种方向均会影响内皮屏障完整性。c.HUVEC内皮屏障完整性具有时间依赖性，随接种后的培养时间而发生动态变化。

3.CAR-T细胞能够跨越Transwell膜发生迁移，其迁移能力受内皮活化状态、趋化因子浓度以及培养基灌流条件的影响（图5）。

图5.免疫细胞跨越Transwell膜的迁移受内皮屏障表型和趋化因子信号传导的影响。a.灌流和HUVEC的培养均会影响免疫细胞的迁移率及其滞留程度。b.细胞因子刺激、灌流以及缺乏趋化因子信号均导致免疫细胞的基础回收率更低。

4.CAR-T细胞诱导的肿瘤细胞死亡效应细胞与靶细胞比例（Effector-to-Targetratio，E:T）及培养基灌流条件调控。CAR-T细胞在完成跨内皮迁移后仍保持细胞毒性，但其杀伤效率低于直接接触靶细胞时的水平（图6）。

图6.抗HLA-GCAR-T细胞对SK-MEL-5细胞的杀伤效率受基底侧灌流和内皮屏障限制的效应细胞相互作用调控。a.癌细胞死亡速率取决于效应细胞与靶细胞比例（E:T）。b.在24h时，灌流培养可使较低E:T比例下仍产生细胞毒作用。c.跨越血管内皮屏障的迁移会影响癌细胞死亡速率，其作用取决于细胞因子处理。

五、结论

1.本研究构建了一款黑色素瘤芯片模型，体系共包含原代抗人类白细胞抗原G（HLA-G）CAR-T细胞、内皮细胞系与肿瘤细胞系，可在动态流体体系中复现CAR-T细胞免疫级联反应的核心过程。

2.血管通透性实验证实，优化胞外基质（ECM）包被方案并配合灌流培养，能够明显提升人脐静脉内皮细胞（HUVEC）屏障结构的完整性。

3.基于荧光素酶的细胞毒性检测结果显示，CAR-T细胞可介导明显的肿瘤细胞裂解效应；该杀伤效果取决于效靶比（E:T）、基底侧灌流条件以及靶细胞抗原表达水平。

4.分别经肿瘤坏死因子α（TNF-α）处理、未处理的人脐静脉内皮细胞接种于Transwell小室后，会形成屏障阻隔层；相较于无屏障共培养体系，该结构会大幅降低SK-MEL-5黑色素瘤靶细胞的裂解效率。

5.该器官芯片系统可作为贴合生理真实环境的临床前研究工具，用于实体瘤中CAR-T细胞的迁移浸润与药效评估，有望应用于细胞治疗方案优化及安全性评价工作。

推荐扩展阅读（可访问曼博生物查看）

1-LifeNet Health人类肝脏原代细胞与培养体系：让每一次研究都贴近生理真相

2-CNBio微流控器官芯片系统｜在多种MPS中胆汁淤积性DILI预测

本文基于CNBio公开资料由其中国提供商上海曼博生物整理，用于科研信息分享、实验参考等。上海曼博生物可提供CNBio PhysioMimix器官芯片系统、PhysioMimix Core、肿瘤器官芯片、3D灌流黑色素瘤模型、CAR-T细胞迁移与浸润评估、血管内皮屏障模型、肿瘤微环境重建及体外药效评价相关产品与技术支持，支持免疫治疗研究、CAR-T细胞疗法评估、实体瘤药效分析、细胞治疗方案优化及临床前安全性评价应用。

扫描下方图片查看曼博生物中国提供的CNBIO器官芯片具体解决方案！