摘要：開發基于Physio Mimix的黑色素瘤器官芯片，重建血管內皮屏障及腫瘤微環境，評估抗HLA-GCAR-T細胞的遷移、跨內皮浸潤及殺傷活性，為免疫治療研究提供新型體外模型。

關鍵詞：器官芯片、Organ-on-Chip、CAR-T細胞、CAR-T療法、免疫細胞遷移、黑色素瘤、血管內皮屏障、腫瘤微環境、免疫治療、體外藥效評估、抗HLA-G、PhysioMimix

本文為2026年6月22日至24日，CNBio在葡萄牙布拉加的EUROoCS Annual Meeting（歐洲器官芯片年會）上展示的海報，該項目由歐盟資助，同時英國和瑞士合作單位分別由本國科研資助機構提供經費支持。需要原文的可聯系曼博生物獲取。

圖：EUROoCS Annual Meeting2026（2026歐洲器官芯片年會）

一、用于評估CAR-T細胞療法療效與毒性的3D灌流黑色素瘤芯片模型

癌癥芯片（Cancer-on-a-chip）等臨床前模型正處于癌癥研究的前沿；然而，能夠完整模擬CAR-T細胞等免疫治療全過程免疫級聯反應的模型仍然十分有限。這些過程包括：血液循環、跨內皮遷移、腫瘤浸潤以及癌細胞裂解。利用更相關的體外系統重建腫瘤微環境所形成的物理和生化屏障，對于研究CAR-T細胞針對原發腫瘤的作用表現很重要，同時還能為其潛在不良反應提供深入認識。

作為Melomanes項目（利用磁性納米顆粒治療轉移性黑色素瘤的聯合療法）的一部分——這是一個覆蓋整個歐盟的研究聯盟，致力于開發一種結合抗HLA-GCAR-T細胞和能夠誘導局部高溫的磁性納米顆粒的免疫治療策略——本項目旨在開發一種更相關的黑色素瘤芯片模型，用于評估CAR-T細胞治療的療效與安全性。

該模型基于PhysioMimix Core（CNBio Innovations）（可掃描文末圖片查看CNBIO器官芯片解決方案）構建，通過培養基循環模擬血液流動。基于Transwell的雙腔室策略能夠實現趨化因子調控的人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）單層上的免疫細胞遷移。這類基于人體來源細胞的臨床前模型有望提高預測準確性，同時減少對體內動物實驗的依賴。

二、研究目標是什么？

•利用人黑色素瘤細胞系SK-MEL-5構建黑色素瘤芯片模型。

•構建由HUVEC組成的人源內皮屏障，并研究TNF-α刺激引起的內皮活化。

•評估基底側灌流（basolateral perfusion）對內皮屏障形成的影響。

•評價趨化因子介導的CAR-T細胞運動能力及其跨越內皮層遷移能力，并分析其與內皮活化狀態之間的關系。

•研究不同灌流條件及內皮活化狀態下CAR-T細胞的細胞毒性作用。

三、研究方法

1.黑色素瘤芯片模型的建立

· 利用PhysioMimix系統建立效應細胞/內皮細胞器官芯片系統。

· 將HUVEC接種于IV型膠原（Collagentype IV）包被的Transwell上，并在0.5μL/s的培養基灌流速率下培養48h。

· 通過免疫熒光染色（F-actin、ZO-1）、跨內皮電阻（TEER）以及采用4kDaFITC-dextran的細胞旁通透性檢測，對屏障形成情況進行評價。

· 采用慢病毒（lentivirus）轉導使SK-MEL-5穩定表達HLA-G，以確保其細胞表面持續表達。

圖1. 黑色素瘤芯片模型的建立

2.模型生成的時間進程如下圖

圖2. 黑色素瘤芯片模型生成的時間進程

四、結果

1.經TNF-α處理后，可誘導VCAM-1表達上調，并導致細胞黏附喪失、細胞形態發生改變以及內皮層通透性增加（圖3）。

圖3.Transwell膜基底側內皮屏障的優化。a：左圖為相差顯微圖像，右圖為相差顯微圖像與Phalloidin-FITC熒光圖像的疊加圖，顯示Transwell膜孔已被HUVEC覆蓋。b：TNF-α處理后，Transwell上內皮細胞間黏附喪失（Phalloidin，綠色，1:400；ZO-1，紅色，1:1000）。c：TNF-α刺激后，免疫熒光（IF）染色顯示VCAM-1表達上調（左圖，1:500）；同時，細胞形態表現為細胞體分離并呈細長狀（右圖，96孔板）。

2.通透性檢測和TEER檢測結果表明，在灌流培養48h后，內皮屏障完整性達到高水平（圖4）

圖4.通過FITC-dextran測定表觀滲透系數（Papp）并監測跨內皮電阻（TEER）評價內皮屏障完整性。a.人Ⅳ型膠原包被Transwell膜可提高內皮屏障完整性。b.基底側灌流和細胞接種方向均會影響內皮屏障完整性。c.HUVEC內皮屏障完整性具有時間依賴性，隨接種后的培養時間而發生動態變化。

3.CAR-T細胞能夠跨越Transwell膜發生遷移，其遷移能力受內皮活化狀態、趨化因子濃度以及培養基灌流條件的影響（圖5）。

圖5.免疫細胞跨越Transwell膜的遷移受內皮屏障表型和趨化因子信號傳導的影響。a.灌流和HUVEC的培養均會影響免疫細胞的遷移率及其滯留程度。b.細胞因子刺激、灌流以及缺乏趨化因子信號均導致免疫細胞的基礎回收率更低。

4.CAR-T細胞誘導的腫瘤細胞死亡效應細胞與靶細胞比例（Effector-to-Targetratio，E:T）及培養基灌流條件調控。CAR-T細胞在完成跨內皮遷移后仍保持細胞毒性，但其殺傷效率低于直接接觸靶細胞時的水平（圖6）。

圖6.抗HLA-GCAR-T細胞對SK-MEL-5細胞的殺傷效率受基底側灌流和內皮屏障限制的效應細胞相互作用調控。a.癌細胞死亡速率取決于效應細胞與靶細胞比例（E:T）。b.在24h時，灌流培養可使較低E:T比例下仍產生細胞毒作用。c.跨越血管內皮屏障的遷移會影響癌細胞死亡速率，其作用取決于細胞因子處理。

五、結論

1.本研究構建了一款黑色素瘤芯片模型，體系共包含原代抗人類白細胞抗原G（HLA-G）CAR-T細胞、內皮細胞系與腫瘤細胞系，可在動態流體體系中復現CAR-T細胞免疫級聯反應的核心過程。

2.血管通透性實驗證實，優化胞外基質（ECM）包被方案并配合灌流培養，能夠明顯提升人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）屏障結構的完整性。

3.基于熒光素酶的細胞毒性檢測結果顯示，CAR-T細胞可介導明顯的腫瘤細胞裂解效應；該殺傷效果取決于效靶比（E:T）、基底側灌流條件以及靶細胞抗原表達水平。

4.分別經腫瘤壞死因子α（TNF-α）處理、未處理的人臍靜脈內皮細胞接種于Transwell小室后，會形成屏障阻隔層；相較于無屏障共培養體系，該結構會大幅降低SK-MEL-5黑色素瘤靶細胞的裂解效率。

5.該器官芯片系統可作為貼合生理真實環境的臨床前研究工具，用于實體瘤中CAR-T細胞的遷移浸潤與藥效評估，有望應用于細胞治療方案優化及安全性評價工作。

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本文基于CNBio公開資料由其中國提供商上海曼博生物整理，用于科研信息分享、實驗參考等。上海曼博生物可提供CNBio PhysioMimix器官芯片系統、PhysioMimix Core、腫瘤器官芯片、3D灌流黑色素瘤模型、CAR-T細胞遷移與浸潤評估、血管內皮屏障模型、腫瘤微環境重建及體外藥效評價相關產品與技術支持，支持免疫治療研究、CAR-T細胞療法評估、實體瘤藥效分析、細胞治療方案優化及臨床前安全性評價應用。

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