突破性類器官技術在胃癌個性化治療研究中的應用

在腫瘤研究和個性化治療的前沿，類器官技術正日益受到關注。近日發(fā)表在Cell子刊的一篇論文(https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101627)，以其IF達到14.3的影響因子，展示了類器官在胃癌治療中的巨大潛力。這項研究不僅為個性化藥物篩選提供了新的工具，還揭示了類器官技術在腫瘤研究中的重要性。
 

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此外，W8 3D細胞分析儀對3D培養(yǎng)的細胞、腫瘤球、球狀體、類器官等進行無損檢測及分選。W8利用微流控技術和浮力沉降原理，通過高速攝像機對3D細胞進行連續(xù)觀測，快速準確地測量類器官的大小和密度，建立相關數(shù)據(jù)模型以表征類器官的生理變化。這款設備不僅可以分選感興趣的類器官，還通過獨特的測量方法將結構生物標志物與類器官的生理狀態(tài)相關聯(lián)，從而在類器官等3D細胞模型上實現(xiàn)結構定量分析，簡化日常工作。

文章的實驗模型介紹
-人類胃癌組織：使用來自患者的胃癌組織進行類器官培養(yǎng)。
-NCG小鼠中的PDOX模型：使用患者衍生的類器官在小鼠中建立腫瘤模型，并進行化療測試。

研究背景
胃癌作為全球范圍內(nèi)癌癥相關死亡的主要原因之一，其治療一直面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的藥物篩選模型往往難以準確反映患者的個體差異，導致治療效果不佳。類器官技術通過將患者腫瘤組織培育成三維結構的類器官，能夠更真實地反映腫瘤的生物學特性，進而為個性化治療提供更為可靠的依據(jù)。

研究亮點
-構建胃癌（GC）類器官生物樣本庫：從73例胃腺癌患者的腫瘤組織中建立了57個類器官生物庫。
-基因表達譜分析：闡明高生長率和低生長率類器官的基因表達差異。
-胃癌類器官與其對應腫瘤組織的基因表達分析：RNA測序結果顯示，類器官與其對應的原發(fā)腫瘤組織在基因表達模式上具有高度相似性。
-類器官藥物篩選：測試了6種常規(guī)化療藥物，發(fā)現(xiàn)不同胃癌患者的類器官對化療藥物的反應各不相同。
-基因突變特征分析：全外顯子組測序發(fā)現(xiàn)，5-FU敏感型與耐藥型類器官在基因突變方面沒有顯著差異，但奧沙利鉑敏感組突變更多。
-基因標志物鑒定：通過遞歸特征消除算法，發(fā)現(xiàn)9個基因能夠區(qū)分5-FU治療的敏感患者和耐藥患者。

此外，PDOs的藥物反應結果在患者源性類器官異種移植(PDOX)小鼠中得到了驗證，與91.7% (11/12)GC患者的實際臨床反應一致。評估PDOs的化療敏感性可以作為篩選GC患者化療藥物的有價值的工具。
 

圖1實驗概覽（Zhao et al., 2024, Cell Reports Medicine 5, 101627）

圖2

3. 闡明高生長率或低生長率類器官的基因表達譜
RNA測序結果顯示，高生長率與低生長率胃癌類器官之間存在顯著的基因表達差異。高生長率類器官中，增殖和干性相關基因顯著上調(diào)，而低生長率類器官中，抑制細胞生長的基因則呈現(xiàn)下調(diào)趨勢。KEGG通路分析證實，高生長率類器官中增殖和干性相關通路顯著上調(diào)。

4. 胃癌類器官對化療藥物的基因表達特征分析
轉錄組測序分析了胃癌類器官對5-FU和奧沙利鉑的基因表達特征。敏感組與耐藥組的胃癌類器官在基因表達上存在顯著差異（圖3A），敏感組中腫瘤抑制基因顯著上調(diào)，而耐藥組中與增殖和侵襲相關的基因顯著上調(diào)(圖3B)。通過分析發(fā)現(xiàn)了胃癌類器官對化療藥物反應的基因表達特征(圖3C)。
 

5. 胃癌類器官及其對應腫瘤組織的基因表達分析
RNA測序結果發(fā)現(xiàn)，類器官與其對應的原發(fā)腫瘤組織在基因表達模式上具有高度的相似性。

6. 在小鼠PDOX模型中驗證藥物反應
研究人員通過建立小鼠PDOX模型，將不同胃癌類器官移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，觀察藥物反應。
 

G5T-PDOs對紫杉醇敏感，腫瘤生長和腫瘤重量顯著減少，對5-FU耐藥。
G9T-PDOs對5-FU敏感，對奧沙利鉑耐藥，治療后細胞增殖顯著減少，細胞凋亡顯著增加。
G27T-PDOs對5-FU、奧沙利鉑和紫杉醇均敏感，腫瘤生長和重量顯著減少。
G30T-PDOs對奧沙利鉑和紫杉醇敏感，但對5-FU部分耐藥。
G72T-PDOXs對5-FU、奧沙利鉑和SN-38敏感，結果與體外實驗一致。
這些實驗結果表明，在胃癌器官培養(yǎng)中觀察到的藥物反應在PDOX體內(nèi)模型中得到了驗證。

7. 胃癌類器官保留了原發(fā)胃癌的組織病理學特征
胃癌類器官保留了其對應的原發(fā)腫瘤特定腺體特征，并表現(xiàn)出與其對應的原發(fā)腫瘤亞型相似的組織學特征。免疫組織化學分析顯示胃癌類器官與對應的原發(fā)腫瘤中的蛋白質(zhì)標記物的存在和強度相似。

8. 胃癌類器官對化療藥物反應的基因突變特征
全外顯子組測序發(fā)現(xiàn)，在基因突變方面，5-FU敏感型與耐藥型類器官沒有顯著差異，但奧沙利鉑敏感組突變更多。

9. 胃癌患者化療基因表達生物標志物的鑒定
研究人員通過遞歸特征消除算法研究了腫瘤組織的基因表達生物標志物，發(fā)現(xiàn)9個基因能夠區(qū)分5-FU治療的敏感患者和耐藥患者。這些基因通過邏輯回歸模型和樸素貝葉斯模型驗證了其準確性和有效性。

10.腫瘤微環(huán)境研究
類器官與成纖維細胞（CAFs）共培養(yǎng)：研究人員將胃癌類器官(G83T和G84T)與匹配的CAFs共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)：3天后，CAFs形成包圍類器官的網(wǎng)絡結構。5天后，類器官體積顯著增大。在5-FU和奧沙利鉑作用下，共培養(yǎng)的類器官對兩種藥物的耐藥性顯著增強。

類器官與T細胞共培養(yǎng)：研究人員將胃癌類器官與自體T細胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)：在高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI-H）的患者中，T細胞對類器官的腫瘤殺傷效果顯著。免疫熒光染色和流式細胞術顯示，與T細胞共培養(yǎng)后，類器官結構損傷和腫瘤細胞凋亡增加。

這些結果表明，通過類器官模型可以有效誘導患者特異的腫瘤反應性T細胞，驗證了腫瘤微環(huán)境細胞與腫瘤細胞之間的相互作用，評估它們對藥物反應的影響，并為個性化治療提供依據(jù)。

結論
本研究通過建立患者來源的胃癌類器官生物樣本庫，并利用PDOX模型和患者隨訪驗證類器官的藥物敏感性，證明了類器官模型在藥物篩選和個性化治療中的巨大潛力。這些結果表明，利用患者來源的胃癌類器官進行化療敏感性評估，可作為胃癌患者化療藥物篩選的有價值工具。

展望
類器官技術在個性化醫(yī)學中的應用前景廣闊，能夠為臨床治療提供更精確的藥物選擇依據(jù)。未來的研究可以進一步優(yōu)化類器官培養(yǎng)和藥物篩選方法，結合更多的基因組學和蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)，提高模型的預測準確性。這一技術有望在更多類型的癌癥治療中發(fā)揮重要作用。

對類器官研究的推動作用
-提高藥物篩選效率：類器官技術能夠在體外高通量篩選多種化療藥物，提高了藥物篩選的效率和準確性。
-個性化治療：類器官技術能夠反映患者個體差異，為個性化治療提供可靠依據(jù)，推動精準醫(yī)學的發(fā)展。
-深入了解腫瘤生物學：通過類器官模型，可以深入研究腫瘤的生物學特性，揭示影響藥物反應的分子機制。

備注：該文章的方法詳情
①類器官培養(yǎng)：從患者腫瘤組織中分離細胞，培養(yǎng)成類器官。
②組織學、免疫組織化學和免疫熒光：用于分析類器官的結構和生物標志物。
③藥物篩選和細胞活力測定：評估類器官對不同化療藥物的反應。
④全外顯子組測序及分析：識別與藥物敏感性相關的基因突變。
⑤RNA測序及分析：評估基因表達變化。
⑥CRISPR-Cas9基因敲除：研究關鍵基因的功能。
⑦腫瘤類器官和癌相關成纖維細胞（CAFs）的共培養(yǎng)：研究腫瘤微環(huán)境的影響。
⑧T細胞和類器官共培養(yǎng)實驗：評估免疫細胞對腫瘤細胞的殺傷效果。
⑨流式細胞術：進行細胞表面標志物分析。
⑩定量和統(tǒng)計分析：對實驗數(shù)據(jù)進行詳細分析。
類器官培養(yǎng)和分析技術為腫瘤研究和個性化治療提供了新的工具，能夠讓科研水平上一個新臺階。未來的研究可以進一步優(yōu)化和推廣這一技術，為更多類型的癌癥治療提供支持。

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