沈西凌等开发癌症病人来源的微小类器官球体助力临床精准医学

撰文 | 漓

精准医学的发展需要开发不同的模型对癌症患者组织病理特征、细胞特征、分子特征、功能特征等做到详细的了解，以评估不同药物的反应等。患者来源的细胞系虽然简单，但是随着传代会出现遗传背景和形态的改变；患者来源的异种移植模型（patient-derived xenografts，PDX）虽然可以保留肿瘤内部结构和克隆多样性，但却造价高昂且耗时；相比之下，患者来源的类器官（patient-derived organoids，PDO）兼顾上述两种模型的优点：便宜、通量高且遗传稳定。目前，类器官在精准医学中具有非常大的应用潜力，也已经有了包括乳腺癌、结直肠癌、卵巢癌、胰腺癌等癌症的类器官库揭示了药物与突变之间的关系。然而，临床上需要在诊断后14天内做出治疗决策，因此对于类器官的要求也有严格的时间限制。

2022年5月3日，杜克大学沈西凌、David Hsu联合荷兰乌德勒支大学Hans Clevers在Cell Stem Cell上发表了文章Patient-derived micro-organospheres enable clinical precision oncology，基于液滴微流控技术利用癌症患者少量组织即可产生大量微小类器官球体（micro-organospheres，MOS），可在14天内完成对药物反应的评估。

首先，研究人员建立了一套基于液体微流控的技术流程，其核心步骤是将肿瘤病人来源的原代组织细胞制备成单细胞悬液，加入至3D基质胶中，随后与油相液体混合，就可以产生微小类器官球体（MOS），经过反乳化去除多余的油之后即可进行悬浮培养。

之后，研究人员从一位转移性直肠癌患者中获取到了活检组织并在8天之内建立了MOS，每个MOS里含有30个肿瘤细胞，之后利用FDA批准的小分子药物进行高通量筛选（筛选用了3天），发现其对奥沙利铂敏感但抵抗伊立替康。与之对应的是，该病人在治疗6个月后依然对奥沙利铂敏感。接下来，研究人员前瞻性地又额外选取了7位转移性结直肠癌患者，并进行了MOS筛选以评估对奥沙利铂的反应，发现3位敏感，4位抵抗。

那么，MOS可否用来评估免疫检查点治疗的效果呢？免疫检查点治疗与肿瘤内浸润的免疫细胞等有关。于是，研究人员选取了对免疫检查点治疗响应良好的肺癌，首先利用全外显子测序明确了MOS的突变与癌症样本大部分相同，随后利用单细胞转录组学对MOS和癌症样本中的免疫细胞一致性进行了评估。接下来，研究人员使用一例晚期非小细胞肺癌患者的样本产生了MOS，并使用抗PD-1药物纳武单抗进行处理发现可以有效杀死细胞。在另外一例肾癌患者中，发现需要抗PD-1药物和T细胞激活剂联用才可以起到杀死细胞的作用。

MOS是否也可以用来评估过继性T细胞治疗的效果呢？研究人员首先确定了肿瘤浸润淋巴细胞（ tumor-infiltrating lymphocytes，TIL）和外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）可以渗透入MOS，并有效杀死肿瘤细胞。

总之，这项研究显示，仅仅利用不到14天的时间，研究人员就可以利用从患者身上获取的少量肿瘤组织在体外利用微流控技术培养出成千上万个微小类器官球体并完成药物（包括化疗药物、免疫检查点抑制剂以及细胞疗法）有效性的测试。目前，研究人员正在进行下一步实验，将癌症患者数量规模从8例扩大至250例，同时也增加了不同类型治疗药物或方式的多样性。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2022.04.006

制版人：十一

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