人体对外来入侵者有多种反应机制。其中之一涉及免疫系统的T细胞，其表面上有许多不同的蛋白质，称为“检查点蛋白质”。这些检查点蛋白与其他细胞表面的蛋白结合，可导致刺激或抑制T细胞活性。通常，外来或入侵细胞上的表面蛋白会刺激T细胞针对这些细胞的活性，而T细胞抑制是一种内置机制，可以防止免疫系统攻击人体自身的正常细胞。

然而，肿瘤细胞有时可以通过展示与T细胞检查点蛋白结合的表面蛋白来抑制T细胞活性，从而胜过免疫系统。在某些情况下，这些肿瘤表面蛋白与T细胞的相互作用甚至会导致T细胞破裂。近年来，科学家一直在尝试开发“检查点抑制剂”药物，以抵消这些抑制性检查点相互作用，从而重新激活人体对肿瘤细胞的免疫反应。这些药物之一是美国FDA批准用于治疗转移性黑色素瘤的药物;其他可用或正在开发中以治疗其他恶性肿瘤。

尽管取得了这些进步，但是仍然难以确定哪些癌症患者可能是这种治疗的候选者，以及哪些药物最具潜力。开发一种解决这些挑战的方法将有助于为癌症患者确定最安全，最有效的药物，同时节省时间和金钱。为了使这种方法在临床上切实可行，它应该能够针对活的肿瘤细胞快速测试大量潜在的免疫治疗药物，以获取准确，易于分析的数据。

寺崎市生物医学创新研究所(TIBI)的一个合作团队已成功设计和测试了这种系统。他们首先在带有圆锥形微孔的定制制造的3D打印透明芯片中培养乳腺癌细胞的球形聚集体。这些微孔设计用于细胞球的最佳生长和稳定性。在微孔细胞球上进行的测试证实了细胞的活力及其产生的T细胞失活表面蛋白。

寺崎研究所团队的孙武进博士说：“基于微孔的芯片的功能是我们成功开发免疫活性组织模型的关键。“该芯片的透明性允许直接进行显微镜观察。其设计允许进行大量测试，从而非常适合快速筛选免疫治疗药物。”

为了测试检查点抑制剂药物激活T细胞抗肿瘤反应的有效性，研究小组接下来考虑了T细胞在激活过程中的正常行为。当刺激T细胞攻击细胞入侵者时，它会分泌称为细胞因子的蛋白，该蛋白会动员其他免疫细胞进入入侵部位，并刺激细胞繁殖并破坏入侵者。因此，这些细胞因子的测量可以指示T细胞活化的水平。

然后，研究小组创建了一个高效的自动化系统，以使用载有乳腺癌的微孔芯片来测量细胞因子水平。使用抗检查点蛋白药物对该系统进行了实验;结果表明，在乳腺癌细胞与T细胞孵育后，通过使用药物增加了细胞因子的产生，证明了它们在激活T细胞方面的有效性。

研究小组使用乳腺癌芯片的另一种方法是评估乳腺癌细胞对刺激T细胞的作用。对T细胞进行荧光标记，然后将其添加到微孔中的乳腺癌细胞中。芯片的透明性允许使用荧光显微镜直接观察其细胞相互作用。这些乳腺癌细胞通常会导致T细胞破裂，但使用检查点抑制剂药物进行的实验表明，这些药物可提高培养物中T细胞的生存能力，从视觉上证明了它们如何通过肿瘤细胞相互作用来抵抗T细胞破裂的影响。 。

乳腺癌芯片还用于直接观察T细胞如何浸入乳腺癌细胞球体。这种类型的浸润是T细胞抗肿瘤活性和生存能力的量度。在用单独的染料标记每组细胞并将它们在芯片的微孔中混合后，可以使用高分辨率荧光显微镜直接观察T细胞浸润。用检查点抑制剂药物进行的实验表明，在存在该药物的情况下，T细胞的数量增加，并且更深入地渗透到乳腺癌细胞中。

总而言之，TIBI研究人员能够设计出强大而有效的方法来表征肿瘤与免疫细胞之间的相互作用，并为筛选针对肿瘤细胞的免疫治疗药物提供快速，大量且临床相关的方法。微孔芯片及其相关设备还可用于包括其他类型的肿瘤细胞和单个患者细胞，以优化患者反应并筛选和开发其他抗癌药物。

Terasaki研究所所长兼首席执行官Ali Khademhosseini博士说：“为患者提供最优化临床决策和个性化药物的方法是我们的​​首要目标。” “这项工作是朝着实现癌症免疫疗法领域目标的重要一步。”