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从结直肠癌患者衍生的类器官库：面向个体化治疗

2019年10月22日

编译：刘瑶

点评：郑振东

来源：肿瘤资讯

刘瑶

肿瘤专业硕士研究生

大连医科大学肿瘤专业硕士研究生；导师：北部战区总医院肿瘤科郑振东主任。

背景

类器官是3D体外原代培养的重要代表，代表着有效而可重复的癌症模型的转化研究。该项目的目的是建立结直肠癌（CRC）患者衍生的类器官（PDO）的生物库，可用于分析分子特征并测试不同的治疗方法以及研究癌症的潜在致病分子和治疗耐药性。

方法

从接受手术的患者中获得原发性或转移性CRC组织。将组织洗涤并与抗生素一起孵育。经过机械破坏和酶消化后，将游离细胞用适当的培养基接种到Matrigel中。接种后第二天观察到类器官的发育。类器官经过传代，扩增并储存在液氮中以构成生物库。为了观察形态学特征，在发育到适当体积后，将类器官固定在4％多聚甲醛中，用苏木精和伊红（H＆E）染色，用免疫组织化学（IHC）检测ki67、CDX2、CK20、MUC2/5表达，对DAPI、Lgr5和CDH1进行了免疫荧光（IF）检测，用酚-氯仿提取了DNA，并使用高通量测序进行了基因组测序。并和患者原始组织进行了数据比对。

结果

建立CRC-PDO的成功率约为80％。用H＆E染色的PDO显示出与原始组织相似的形态。IHC显示ki67染色阳性，CDX2核阳性，CK20和MUC2/5的细胞质阳性。IF证明肠道干细胞标记物Lgr5和CDH1呈阳性，因此证实PDO高度还原了原始组织形态和细胞组成。对80至120 ng的基因组DNA进行基因测序，结果表明PDOs突变和多态性的频率与匹配患者的线性一致性R的曲线显示出良好的一致性，R值为0.9。

结论

我们已经开发了用于有效建立结直肠癌类器官的强大生物库。类器官可以重现原始患者的形态和基因组特征。它们可作为实体体外模型，适用于功能研究和药物筛选，有助于促进精准医学发展。

专家点评

郑振东

肿瘤科主任，医学博士，研究生导师

中国人民解放军北部战区总医院肿瘤科主任，军队优秀专业技术人才津贴获得者。东北大学、中国医科大学、沈阳药科大学、大连医科大学、锦州医科大学研究生导师，从事恶性肿瘤综合治疗的临床及科研工作20年，擅长呼吸系统、消化系统、乳腺及泌尿生殖系统等部位常见及各种罕见恶性肿瘤的科普宣教、预防、诊断及综合治疗，常年致力于实体肿瘤的精准诊疗和临床转化研究，现兼任：中国生命关怀协会常务理事、中国抗癌协会肿瘤支持治疗骨髓保护专委会副主委、辽宁省细胞生物学学会肿瘤精准治疗与大数据管理分会主委、辽宁省营养学会肿瘤营养治疗分会主委、辽宁省抗癌协会靶向治疗专委会候任主委、辽宁省中医药学会淋巴水肿综合治疗专委会名誉主委、中国抗癌协会中西医整合肿瘤专委会常委、中国医促会肿瘤内科分会常委、中国医药生物技术协会医药生物技术临床应用专委会常委、吴阶平医学基金会肿瘤医学部执行常委、世界华人医师协会智慧诊疗分会常委等。荣立个人三等功2次，主持各级科研立项9项，共计200余万元；获得省部级以上科研奖励5项，发表中文核心期刊近50篇，SCI收录 20篇，总影响因子42.79分。

2019年在西班牙巴塞罗那举行的ESMO大会上，参会人员Miriam Nuncia-Cantarero就其建立的结直肠癌类器官库作了详尽报道。作者的研究结果显示，经过基因组学和形态学方面的检测，结直肠癌类器官可与其来源亲本组织保持高度一致性。这一研究结果是非常振奋人心的。为肿瘤类器官的临床转化提供了可靠依据。 2018年1月，自然杂志旗下子刊Nature method公布“类器官技术”为2017年生命科学领域的年度技术。其核心是将患者来源的组织进行三维干细胞培养，形成与亲本器官在基因型表型上一致的组织模型^[1]，并且能重现该器官的生理功能。而大会上由Miriam Nuncia-Cantarero提出的结直肠癌类器官属于肿瘤类器官，来源于肿瘤患者自身。由于与亲本组织的高度相似性，肿瘤类器官可用来为多种疾病体外建模、高通量药物筛选、潜在致病或预后基因的发现。相较于传统的体外培养模型，比如细胞系，原位异种移植物，肿瘤类器官优势包括疾病建模速度快，临床预测准确性高，可进行高通量药物测试，所需组织是较小活手术组织或者活检。2018年2月发表在Science杂志上的一项针对转移性胃肠癌类器官的研究表明：肿瘤类器官的遗传突变谱与原肿瘤组织保持高度一致。同时，对比了胃肠癌类器官模型和临床试验中患者对抗癌药物的反应。71例患者的分析结果表明，类器官模型表现出100%的敏感性，93%的特异性，88%的阳性预测值和100%的阴性预测值^[2]。因此，肿瘤类器官技术可以说是实现个体化精准医疗的重要途径。肿瘤类器官未来可用于临床疾病建模，药物敏感性测试及其筛选，实现医学个体化治疗，提高疾病治愈率，为人类带来福音。但是不足的是，肿瘤类器官由于缺乏脉管系统，免疫和营养输送方面尚不能完全自给。随着研究深入，这些不足之处都会被逐一攻克，肿瘤类器官就会被真正用于指导临床实践。

参考文献

[1]Lancaster MA, Knoblich JA. Organogenesis in a dish: modeling development and disease using organoid technologies. Science. 2014 Jul 18;345(6194):1247125. doi:10.1126/science.1247125. Epub 2014 Jul 17. Review. PubMed PMID: 25035496.

[2]Vlachogiannis G, Hedayat S, Vatsiou A, et al. Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers. Science. 2018 Feb 23;359(6378):920-926. doi:10.1126/science.aao2774. PubMed PMID: 29472484; PubMed Central PMCID: PMC6112415.