突破乳腺癌治疗瓶颈：PDxO技术助力个性化医疗！

癌症的异质性限制了药物治疗的成功。为了更精确地开发药物，需要模型来总结可变的治疗反应。目前，研究人员已经开发了患者来源异种移植模型（PDX）和患者来源类器官模型（PDO），它们能够更真实地模拟人类肿瘤，并展现出与人类一致的药物反应。然而，PDX模型受到高成本和低通量的限制，相比而言，PDO模型则更具优势。此外，基因组检测已成为个性化癌症治疗的主流，但越来越多的数据表明，使用人类衍生模型进行功能测试可能在个性化治疗方面更有优势。

今天小学社将与大家一同学习来自Nature旗下子刊的一篇高分文章。

乳腺癌治疗方法面临挑战，虽然已发现更多遗传和表观遗传驱动因素，但乳腺癌的分子异质性限制了治疗方法的成功发展。为了深入了解不同亚型乳腺癌对治疗的敏感性和耐药性，需要构建规模更大的乳腺癌模型生物库，并进一步开发体外培养这些肿瘤的方法。
在本项研究中，研究人员成功构建了大量高度准确的PDX和PDX源的类器官模型（PDxO），并开发了PDxO药物筛选技术。这些模型为结合基因组和功能肿瘤学在临床环境中提供了新的途径，从而为个性化癌症治疗的进展提供了可行性。

1. 开发乳腺癌 PDX 系
2. 建立PDxO 培养物
3. 生成PDxoX模型
4. PDxO三维药物筛选
5. PDX药物治疗

PDX模型代表了最致命的乳腺癌类型

乳腺癌的PDX模型是一种重要的研究工具，可以重现乳腺癌的关键特征，包括转移和临床结果。本研究的焦点是在医学研究中需求最大而尚未得到满足的PDX模型，如内分泌抗药性肿瘤、ER+和HER2+共表达肿瘤、异常侵袭性肿瘤、抗药性肿瘤和原发转移性肿瘤。研究团队收集了相应样本的摘要信息，并进行了认证和基因组学分析。PDX的总体接受率为29%，原发性肿瘤的接受率较低。ER+ PDX最难培育，而三阴性乳腺癌（TNBC）原发肿瘤的接受率较高。每个PDX模型都经过严格的认证，基因组学分析表明PDX反映了乳腺癌的异质性。研究还探讨了PDX模型与其小鼠转移亚株之间的基因组关系（图1）。

内分泌抵抗性ER+乳腺癌的新模型

ER+乳腺癌生长缓慢且依赖雌激素。为了避免雌激素引发炎症，研究人员降低了雌二醇(E2)的给药量。通过在无E2条件下生长的PDX，研究人员发现在雌激素缺乏条件下生长的肿瘤是雌激素独立的，并产生了特定亚系。通过液滴数字PCR检测，我们发现一些转移性ER+ PDX中的ESR1基因发生了突变。其中一个模型有同源突变，另外两个样本中未检测到突变。这些差异可能是由于PDX所用的肿瘤片段与DNA/RNA分离所用的肿瘤片段之间存在异质性。PDX模型中的突变可能反映了肿瘤在小鼠体内的演变，但低基因频率并不代表有强烈的选择压力。

配对的PDX和PDxO

为了生成匹配的体内和体外模型，研究人员对 PDX 进行了长期的类器官培养，并优化了培养条件和减少添加剂的使用以确保PDxO的长期生长。研究发现，Y-27632 是关键的补充剂。

通过使用基础培养条件培养PDX肿瘤组织，ER+ PDxO表现出良好的存活能力，但难以在传代后重新生长。为了确定ER+ PDxO长期生长的要求，研究人员使用HCI-011作为测试案例。发现在Y-27632 的存在下添加特定添加剂（如NAC、碱性成纤维细胞生长因子）的存在下，可以促进HCI-011解离后生长。最佳的ER+ PDxO培养基由基础培养基加碱性成纤维细胞生长因子和NAC组成。此外，ER+ PDxO在体外和体内保持对内分泌的敏感性和功能性ER的表达。然而，某些PDxO难以建立，主要是因为肿瘤含有侵袭性基质。如果能够通过荧光激活细胞分选技术去除小鼠细胞并成功传代，可认为该PDxO已经确立（图2、3）。

PDxO可长期保持表型

研究人员获得了40个PDxO株系。这些PDxO株系在形态和行为上有多样性。通过RT-qPCR验证，发现所有的PDxO都是人类上皮细胞，并且其他选定基因的表达也不同。研究人员发现当作为 PDxoX 重新植入时，肿瘤生长率与亲本PDX没有差异。

然而，HCI-001的PDxoX生长速度随着时间延长而下降，而HCI-010则在早期培养时的PDxoX生长速度快于亲本PDX。值得注意的是，HCI-010的PDxoX在晚期培养中无法生长，这与CDH1缺失和SNAI2l表达增加的表型转换相一致，这是该模型生物学的固有特性。

在一些PDxO中，Ki67+细胞的比例多于PDX中观察到的比例，但在研究的五个株系中，PDxoX和PDX之间的增殖细胞比例没有差异。这表明，经过不同培养时间后移植的PDxO和PDxoX与原发PDX相似（图4）。

PDX 和 PDxO 与原发肿瘤保持一致

乳腺肿瘤的DNA甲基化模式可以区分癌症与正常组织或良性肿瘤，并反映出乳腺癌的亚型和特征。研究使用人源模型对九组匹配的肿瘤进行了DNA甲基化分析，发现人源模型与原发肿瘤更相似。进一步的基因组学分析也表明，个体样本、PDX和PDxO模型之间存在高度一致性。

然而，这些模型中观察到了4组模型的癌症相关基因的独特变异。整体而言，人类肿瘤的主要突变驱动因素在不同传代的模型中得到了维持，异种移植物和器官组织一般都保留了人类肿瘤的基因组结构。转录组分析也显示不同样本之间的转录本丰度高度相关，而在ER+病例中人类肿瘤与模型之间的相似性较低。然而，ER+ PDX和PDxO保留了其亲代肿瘤的管腔亚型（图5）。

图5

PDxO药物反应与体内反应一致

本文研究了 PDxO在药物筛选中的应用。研究团队通过对不同的 PDxO 株系进行药物反应实验，观察每种药物对细胞生长、细胞抑制和细胞毒性的影响。利用特定的评分方法，研究团队确定了每个模型对每种药物的敏感性排序。研究结果表明，PDxO 药物反应具有可重复性，不同药物对同一靶点的不同化合物也会产生类似的反应。某些药物对特定的乳腺癌亚型具有选择性作用。研究还发现，PDxOs 可以准确预测 PDX 中的药物反应，并可用于确定乳腺癌的新治疗方案（图1、6、7）。

PDxO 药物筛选可为临床治疗提供依据

为了说明PDxO 药物筛选可以为临床治疗提供依据，本文介绍了一个43岁TNBC IIA期患者的病例，患者经历了一系列的化疗治疗后肿瘤出现早期转移，接受了一线治疗后出现了新的骨骼转移。类器官药物筛选发现，艾日布林和他拉唑帕尼是可能的候选药物。使用PDxO进行体内测试验证了艾日布林的有效性，并在IRB批准后将结果反馈给诊所。患者服用艾日布林后肝转移瘤得到了完全缓解，但后来出现了骨肿瘤的进展，接受了放疗和卡铂治疗后患者最终因病情恶化而死亡。使用PDxO-informed疗法（艾日布林）可大大延长无恶化生存期（PFS）和下一次全身治疗时间（TTNT）。这些结果表明，使用PDxO进行药物测试可以为临床治疗提供有益的结果。

目前的人类癌症模型存在一些限制，例如缺乏人类基质和免疫细胞，并无法准确再现肿瘤微环境。在现有的PDX模型中，人类基质细胞被小鼠基质取代，虽然可以将人类免疫细胞移植到PDX中，但存在免疫移植变异性和肿瘤-免疫相互作用功能不确定的问题。而在PDxO系统中，小鼠细胞会被移除，但某些肿瘤吸收入侵性基质的能力可能会影响类器官的生长能力，因此无法完全再现肿瘤微环境，从而限制了对不同药物的测试。比较PDX和类器官在不同部位移植时的行为差异将是一项有趣的研究方向。这些模型可用于进行药物筛选和发现，对于临床护理中的功能性精准医疗也具有重要作用。

参考文献

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来源：类器官学社