評估治療反應
探索腫瘤微環境如何影響治療反應
透過多細胞 3D 腫瘤模型評估抗腫瘤活性
藥物在單純腫瘤細胞培養中呈現的活性，不一定能在具有基質細胞、細胞外基質（extracellular matrix, ECM）及免疫調節作用的腫瘤微環境中重現。細胞間交互作用、基質屏障與免疫抑制訊號，均可能改變腫瘤對治療的敏感性。TME-Chip 可在包含腫瘤細胞、基質細胞及免疫細胞的 3D 共培養模型中，評估不同治療模式的抗腫瘤活性。透過活細胞影像、細胞存活分析、免疫螢光染色及流出液分析，可測量腫瘤生長抑制、細胞死亡、免疫細胞浸潤與免疫細胞介導的細胞毒殺作用，進一步解析腫瘤微環境如何影響治療反應。
細胞毒性化療與小分子標靶療法
在 3D 腫瘤微環境中比較標準化療藥物與標靶藥物的活性，建立後續藥效評估的參考基準
細胞毒性化療是多種癌症標準治療的重要組成，而小分子標靶藥物則是透過抑制特定致癌訊號分子路徑發揮作用。然而，這些藥物在 3D 腫瘤組織中的活性，可能受到基質屏障、細胞間交互作用及微環境訊號的影響。
在 TME-Chip 上，可比較單一腫瘤細胞培養與多細胞共培養模型中的劑量反應、細胞存活及腫瘤生長抑制情形，評估微環境對藥物敏感性的影響，並為新藥及合併療法的篩選提供參考。例如，灌流給予 gemcitabine 可增加 BxPC-3 胰臟癌細胞球體中的細胞死亡，並透過 DRAQ7 染色觀察其空間分布。
Gemcitabine 灌流處理增加 TME-Chip 上 BxPC-3 腫瘤細胞球體的細胞死亡。
BxPC-3 胰臟癌細胞球體分別接受溶劑對照（Control）或 gemcitabine 灌流處理，並以 DRAQ7 標記死細胞（紅色）、Hoechst 標記細胞核（藍色）。Gemcitabine 處理組呈現較強的 DRAQ7 螢光訊號，且訊號主要分布於細胞球體周邊，顯示細胞死亡具有空間分布差異。比例尺：100 µm。
另一項研究顯示，在 2D 單層培養中足以殺死 A549 肺癌細胞的 pemetrexed 濃度，在 TME-Chip 上的 A549–MRC-5 共培養模型中並未引發明顯的細胞死亡。此結果與 A549 異種移植小鼠模型中未觀察到顯著治療反應的結果一致，與傳統 2D 培養所得的結果形成對比。這項發現說明，單純腫瘤細胞培養可能高估特定藥物的抗腫瘤活性，而 3D 共培養模型有助於評估基質細胞及微環境相關因素對藥物敏感性的影響。細胞毒性化療是多種癌症標準治療的重要組成，而小分子標靶藥物則是透過抑制特定致癌訊號分子路徑發揮作用。然而，這些藥物在 3D 腫瘤組織中的活性，可能受到基質屏障、細胞間交互作用及微環境訊號的影響。
TME-Chip 上 A549–MRC-5 共培養模型的 pemetrexed 反應，與 A549 異種移植模型的結果一致，並與 2D 培養結果形成對比
(A) 已發表的 A549 細胞存活數據，比較細胞以 2D 單層培養，或以單一培養的細胞球體（有支架及無支架）培養時，經 pemetrexed 處理 72 小時後的細胞存活率。數據重繪自 Qi et al., International Journal of Molecular Sciences 2022, 23, 13306https://doi.org/10.3390/ijms232113306 ; CC BY 4.0,
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ; mean ± SD)。(B) TME-Chip 上的 A549-GFP 與 MRC-5 共培養模型，分別接受溶劑對照或 pemetrexed（45 µM）處理 48 小時後的代表性螢光影像。DRAQ7 用於標記死細胞。兩組間未觀察到顯著差異。比例尺：100 µm。(C) A549 異種移植小鼠模型的腫瘤重量。Pemetrexed 處理組的腫瘤重量未顯著低於對照組。對照組 n = 3；pemetrexed 組 n = 4。數據以平均值 ± SD 表示。
抗體類療法
結合標靶表現、組織滲透與抗腫瘤活性，評估抗體類藥物在 3D 腫瘤組織中的作用
抗體類藥物的治療效果與標靶表現、組織可及性及藥物在腫瘤內的分布密切相關。對抗體藥物複合體（antibody–drug conjugates, ADCs）而言，藥物酬載（payload）能否有效遞送至腫瘤細胞，亦是影響其活性的重要因素。
在 TME-Chip 上，可同步分析螢光標記藥物在腫瘤組織中的滲透與分布，以及治療後的細胞死亡與腫瘤生長變化。結合影像讀取指標，可在同一模型中比較不同候選抗體、分子形式及給藥條件，進一步探討藥物分布與抗腫瘤活性之間的關聯。
免疫檢查點抑制劑與 T 細胞銜接劑
評估免疫療法如何影響免疫細胞浸潤、腫瘤細胞接觸與免疫細胞介導的細胞毒殺作用。
免疫檢查點抑制劑與 T 細胞銜接劑（T-cell engagers）須透過免疫細胞發揮抗腫瘤作用，因此需要能呈現腫瘤細胞與免疫細胞交互作用的模型。
TME-Chip 可將腫瘤細胞與免疫細胞置於具備 3D 基質環境的共培養系統中，追蹤給藥後免疫細胞的遷移與浸潤，並評估腫瘤細胞存活及細胞毒殺反應。搭配流出液中的細胞激素與其他分泌因子分析，亦可進一步研究免疫細胞活化與腫瘤反應之間的關聯。例如，在 A549–Jurkat 共培養模型中，加入抗 PD-L1 抗體 atezolizumab 後，48 小時可觀察到 Jurkat T 細胞浸潤增加。
TME-Chip 可偵測 atezolizumab 誘發的 T 細胞浸潤變化
(A) A549 肺癌細胞（綠色）培養於 TME-Chip 腫瘤區域的基質膠（Matrigel）中；Jurkat T 細胞（紅色）由側向微流道導入，並分為有無抗 PD-L1 抗體 atezolizumab 處理的兩組。(B) 處理 48 小時後，atezolizumab 組呈現較高的 Jurkat T 細胞浸潤程度。(C) 作為體內參考，圖中呈現另一項使用人類 PBMC 的 A549 異種移植小鼠試驗之腫瘤體積比較。Atezolizumab 組的平均腫瘤體積較低，但與對照組相比，差異未達統計顯著。對照組 n = 5；atezolizumab 組 n = 4。數據以平均值 ± SD 表示。
細胞療法
追蹤經工程改造及過繼性細胞產品進入 3D 腫瘤組織的過程，並評估其腫瘤浸潤與細胞毒殺活性
對於實體腫瘤，嵌合抗原受體 T 細胞（CAR-T）、T 細胞受體工程化 T 細胞（TCR-T）、腫瘤浸潤淋巴球（tumor-infiltrating lymphocytes, TILs）及自然殺手細胞（natural killer cells, NK cells）等細胞療法，必須先抵達並浸潤腫瘤組織，才能有效接觸標的細胞並發揮作用。基質屏障與免疫抑制性微環境，均可能限制其在實體腫瘤中的活性。
在 TME-Chip 上，可透過影像追蹤效應細胞的遷移、腫瘤浸潤及與腫瘤細胞的交互作用，並評估腫瘤細胞死亡情形。研究人員亦可比較不同細胞產品、效應細胞與標的細胞比例，以及與其他藥物併用時的反應，作為細胞療法優化與合併策略評估的研究工具。
合併療法
篩選並比較可能受腫瘤微環境交互作用影響的藥物組合
合併療法常透過不同作用機制提高治療效果，例如將調節基質或免疫微環境的藥物，與細胞毒性化療、小分子標靶藥物或免疫療法搭配使用，以改善藥物遞送、降低微環境介導的抗性，或增強免疫細胞的抗腫瘤活性。
TME-Chip 可在相同的 3D 腫瘤微環境中，平行比較單一藥物與不同藥物組合的反應，並透過腫瘤細胞存活情況、細胞死亡、免疫細胞浸潤及其他相關指標，評估各種處理條件的差異。這有助於篩選值得進一步驗證的候選組合，並研究微環境因素如何影響合併療法的反應。
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