腫瘤類(lèi)器官在藥物篩選中的應(yīng)用

萬(wàn)事俱備，只欠東風(fēng)，那么類(lèi)器官這一強(qiáng)大的新生力量是如何助力于藥物篩選的呢？接下來(lái)小 M 就借助高分文獻(xiàn)在藥物篩選中的應(yīng)用實(shí)例，帶你直觀感受類(lèi)器官與藥物篩選的火花！ 
腫瘤類(lèi)器官庫(kù)（活性篩選）
 
■ 創(chuàng)建腫瘤類(lèi)器官生物庫(kù)
類(lèi)器官是由胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞和成體干細(xì)胞產(chǎn)生的三維培養(yǎng)系統(tǒng)，其為研究器官發(fā)育和模擬病理過(guò)程提供了良好的平臺(tái)。目前已建立了來(lái)源于多種癌癥的類(lèi)器官生物庫(kù)，用于腫瘤免疫治療的研究（圖 2）。腫瘤類(lèi)器官生物庫(kù)以兩種方式生成：通過(guò)活檢或手術(shù)切除直接從患者身上收集組織或?qū)υ醋越】到M織的類(lèi)器官進(jìn)行修飾[3-5]。腫瘤類(lèi)器官生物庫(kù)允許來(lái)自不同癌以及指定癌癥的不同病變、等級(jí)或階段的類(lèi)器官傳代、擴(kuò)增和冷凍保存。

圖 2. 腫瘤類(lèi)器官生物庫(kù)建立及用途[6]

    腫瘤類(lèi)器官生物庫(kù)可以從轉(zhuǎn)基因非癌性類(lèi)器官或腫瘤類(lèi)器官中建立。這些生物樣本庫(kù)可實(shí)現(xiàn)基于腫瘤異質(zhì)性的藥物效率測(cè)試、芯片上類(lèi)器官的藥物篩選和毒性測(cè)試等。                

 

■ 腫瘤類(lèi)器官庫(kù)用于活性藥物篩選

萬(wàn)事開(kāi)頭難，藥物開(kāi)發(fā)的第一步便是活性化合物的篩選，腫瘤類(lèi)器官自然是不能錯(cuò)過(guò)。研究人員利用 CRC 患者來(lái)源的類(lèi)器官生物樣本庫(kù)進(jìn)行功能篩選發(fā)現(xiàn)了一種新型候選藥物 MCLA-158。

研究人員從兩家不同醫(yī)院治療的 68 例患者的共 99 個(gè)腫瘤樣本中提取并儲(chǔ)存了 61 個(gè)原發(fā)性 CRC 和 11 個(gè) CRC 肝轉(zhuǎn)移的類(lèi)器官，還選取了腫瘤鄰近的健康粘膜建立類(lèi)器官，構(gòu)建了 CRC 患者來(lái)源的類(lèi)器官活生物庫(kù)（圖 3）。其次，通過(guò)該類(lèi)器官生物樣本庫(kù)，對(duì)超過(guò) 500 種雙特異性抗體進(jìn)行藥物篩選，并評(píng)估它們?cè)谄ヅ涞恼�常結(jié)腸黏膜類(lèi)器官中的活性。最終發(fā)現(xiàn) MCLA-158 (EGFR x LGR5 雙特異性抗體)可與表皮生長(zhǎng)因子受體 (EGFR) 和富含亮氨酸重復(fù)序列的 G 蛋白偶聯(lián)受體-5 (LGR5) 相結(jié)合，在體內(nèi)外有效抑制結(jié)直腸癌類(lèi)器官生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[7]。

 

圖 3. 腫瘤類(lèi)器官衍生概述[8]

 

腫瘤類(lèi)器官共培養(yǎng)（模擬體內(nèi) TME） 有了活性化合物，接下來(lái)就是進(jìn)一步的毒性及機(jī)理的研究驗(yàn)證。在腫瘤免疫治療中，腫瘤微環(huán)境 (Tumor microenvironment, TME) 中腫瘤和免疫細(xì)胞的相互作用對(duì)臨床前評(píng)估至關(guān)重要，如果沒(méi)有腫瘤微環(huán)境的輸入，就無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估免疫治療中潛在的藥物有效性^[9]。經(jīng)過(guò)對(duì)腫瘤類(lèi)器官與自體外周血淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)的多次研究發(fā)現(xiàn) ，足夠數(shù)量的腫瘤特異性T細(xì)胞在腫瘤類(lèi)器官模型中用于免疫治療是必不可少的^[10]。如將小鼠雞卵白蛋白肽 (OVA) 特異性 T 細(xì)胞、人 NY-ESO-1 特異性 CD8⁺ T 細(xì)胞和自體腫瘤浸潤(rùn)性 T 細(xì)在共培養(yǎng)，可促進(jìn)腫瘤識(shí)別和高細(xì)胞毒活性^[11]。因此，為了使腫瘤類(lèi)器官更接近于活體的腫瘤微環(huán)境，可在培養(yǎng)體系中加入其他細(xì)胞，建立細(xì)胞共培養(yǎng)體系。

美國(guó)印第安納大學(xué) Xiongbin Lu 教授課題組報(bào)道了基于類(lèi)器官的表觀遺傳抑制劑篩選。利用小鼠或癌癥患者來(lái)源的乳腺腫瘤類(lèi)器官聯(lián)合腫瘤特異性細(xì)胞毒性 T 細(xì)胞(CD8+ T 細(xì)胞）共培養(yǎng)，使之更好地模擬小鼠體內(nèi)腫瘤微環(huán)境（圖 4）。經(jīng)過(guò)藥物篩選最終從 141 種表觀遺傳相關(guān)化合物中篩選出 3 種能夠促進(jìn)抗原呈遞和增強(qiáng) T 細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性的表觀遺傳抑制劑[12]。

 

   文獻(xiàn)流程（供參考）：原位移植體內(nèi)產(chǎn)生腫瘤組織 → 腫瘤組織消化成單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行 2D 培養(yǎng) → 收集貼壁細(xì)胞進(jìn)行類(lèi)器官培養(yǎng) → 腫瘤類(lèi)器官篩選 → 腫瘤類(lèi)器官加藥處理 48 h → 藥物處理后的類(lèi)器官與 OVA 特異性 CD8⁺  T細(xì)胞共同培養(yǎng)。            

 

 腫瘤類(lèi)器官芯片（臨床前預(yù)測(cè)） 除了活性藥物篩選及細(xì)胞毒性檢測(cè)等，患者來(lái)源的類(lèi)腫瘤器官還可為精準(zhǔn)醫(yī)療提供可靠的體外腫瘤模型^[14,15]。越來(lái)越多的證據(jù)證實(shí)，原始腫瘤組織和生成的腫瘤類(lèi)器官之間的表型和基因型一致^[16,17]。同時(shí)，臨床研究表明，在預(yù)測(cè)個(gè)體患者對(duì)結(jié)直腸癌和胃食管癌治療的臨床反應(yīng)方面，腫瘤類(lèi)器官具有較高的成功率^[18-20]。但目前基于腫瘤類(lèi)器官的藥物測(cè)試仍需要數(shù)周甚至數(shù)月的時(shí)間才能向患者提供結(jié)果。清華大學(xué) Yawei Hu 團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種集成的超疏水微井陣列芯片 (InSMAR-chip)，用于 肺癌類(lèi)器官( Lung cancer organoids, LCOs) 的高通量三維培養(yǎng)和分析，可在一周內(nèi)快速測(cè)試一系列臨床推薦的藥物。且 LCOs 對(duì)抗癌藥物的反應(yīng)與臨床結(jié)果和基因突變是一致的。因此，LCOs 聯(lián)合 InSMAR-chip 可能為快速預(yù)測(cè)肺癌患者特異性藥物反應(yīng)提供一種有效的手段（圖 5）。此外，FDA 于 2022 年批準(zhǔn)了全球完全基于 “類(lèi)器官芯片” 研究獲得臨床前數(shù)據(jù)的新藥（NCT04658472）進(jìn)入臨床試驗(yàn)。這意味著 “類(lèi)器官芯片” 實(shí)驗(yàn)，首次取代了傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，且被官方認(rèn)可。 

圖 5. 從患者腫瘤中建立 LCOs 過(guò)程示意圖^[21]

 

 

文獻(xiàn)流程（供參考）：

1. 建立了一種機(jī)械的樣本處理方法，在 3 天內(nèi)從患者的腫瘤組織中生成足夠數(shù)量的 LCOs。

2. 將手術(shù)切除的腫瘤組織 (約0.5 × 0.5 × 0.5 cm³) 用剪刀剪成小塊，輕輕研磨后用注射器將其推入 100 µm 的濾器中。

3. 用 40 µm 濾器收集 40 ~ 100 μm 的腫瘤碎片，并將其懸浮在優(yōu)化的 LCO 培養(yǎng)基中過(guò)夜培養(yǎng)。

4. 將 LCOs 接種在 Matrigel 基質(zhì)膠中，并在多孔板中繼續(xù)培養(yǎng) 3 天，用于長(zhǎng)期擴(kuò)增和類(lèi)器官鑒定，或者在 InSMAR-chip 芯片上進(jìn)行 3 天的藥物敏感性試驗(yàn)。

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■ 小結(jié)

本期小 M 為大家介紹了類(lèi)器官在腫瘤免疫治療方面的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用，通過(guò)建立腫瘤類(lèi)器官模型和腫瘤類(lèi)器官庫(kù)，可評(píng)價(jià)藥物抗腫瘤活性、藥物毒性，確定藥物作用靶點(diǎn)以及藥敏性篩查等，同時(shí)還可應(yīng)用于精準(zhǔn)醫(yī)療及臨床前的藥物預(yù)測(cè)，及時(shí)為患者選擇合適的治療方案。因此，類(lèi)器官模型及篩選平臺(tái)將有助于更好地了解疾病機(jī)制，測(cè)試和開(kāi)發(fā)疾病相關(guān)的新藥物。

 

相關(guān)產(chǎn)品

生物活性化合物庫(kù) 收錄了 15,000+ 種具有明確報(bào)道的、活性已知、靶點(diǎn)明確的小分子化合物，包括天然產(chǎn)物，新型化合物，已上市化合物及處于臨床期化合物等，可以用于信號(hào)通路研究，新藥研發(fā)，老藥新用等不同的篩選目的。

FDA 上市庫(kù) 收錄了 2,600+ 個(gè)批準(zhǔn)上市的化合物,這些化合物已經(jīng)完成了廣泛的臨床前和臨床研究,具有良好的生物活性、安全性和生物利用度。

天然產(chǎn)物庫(kù) MCE 收錄了 3,700+ 種天然產(chǎn)物，包括糖類(lèi)和糖苷，苯丙素類(lèi)，醌類(lèi)，黃酮類(lèi)，萜類(lèi)，類(lèi)固醇，生物堿，酚類(lèi)，酸和醛等，天然產(chǎn)物化合物庫(kù)是一種有用的藥物開(kāi)發(fā)工具。

片段化合物庫(kù) MCE 可以提供 17,000+ 種片段化合物，這些化合物均符合"類(lèi)藥 3 原則 (RO3)", MCE 片段化合物庫(kù)是先導(dǎo)化合物的重要來(lái)源。

老藥新用化合物庫(kù) MCE 老藥新用化合物庫(kù)包括 4,000+ 種批準(zhǔn)上市藥物及臨床 1 期以后化合物,這些化合物已經(jīng)完成了廣泛的臨床前和臨床研究,具有良好的生物活性、安全性和生物利用度,特別適合藥物新適應(yīng)癥的研究。

MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學(xué)研究或藥證申報(bào)，我們不為任何個(gè)人用途提供產(chǎn)品和服務(wù)  

參考文獻(xiàn)

 

 

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