肿瘤类器官及其在合成生物学中的研究进展

类器官技术的发展为更接近机体细胞组成和病理生理特征的癌症模型开辟了新途径。患者来源的肿瘤类器官在多次传代后仍能维持原有肿瘤的组织病理学及遗传表型特征,不仅可作为测试新型抗癌药物的优良模型,也可通过其药物敏感性测试预测患者的临床反应,为肿瘤患者的个体化精准治疗提供可靠的依据。合成生物学是以工程学思想为指导,提供独特工具来重建空间和动态信号,调控细胞间通信。合成生物学的快速发展,为肿瘤类器官在肿瘤的发生发展及肿瘤治疗等方面提供了一系列崭新的思路和方法,包括如何工程化重建类器官空间与动态信号、细胞稳态维持、细胞间通信调控等。本文概述了肿瘤类器官的构建过程及其在合成生物学中的应用,讨论了肿瘤类器官当前在构建效率、标准化、自动化、精确度等方面的局限性,最后展望了合成生物学在推动肿瘤类器官结构和功能复杂化方面的前景。

探究CUL4B在结直肠癌患者来源的肿瘤类器官中调控miRNAs

目的探究CUL4B在肿瘤患者来源的结直肠癌肿瘤类器官中调控miRNAs。方法利用干扰CUL4B的和其对照的PDOs样本,进行miRNA-seq,对差异miRNAs的靶基因进行KEGG和GO等分析。利用TargetScan和miRDB 2个数据库分别预测可能受CUL4B调控的并且评分≥85分的miRNAs,结合miRNA-seq差异miRNAs进行韦恩分析。结果miRNA-seq结果显示共有41个差异miRNAs。TargetScan和miRDB两个数据库和测序数据韦恩分析发现miR495-3p、miR381-3p和miR148b-5p 3个共同交集的miRNAs。KEGG结果显示代谢通路富集的基因个数最多,溶酶体富集基因Q值最小。GO分析结果显示单有机体过程、蛋白质结合和细胞质富集基因最多。流式细胞仪检测发现干扰CUL4B的表达并不影响PDOs的细胞周期。结论CUL4B可能是通过代谢通路和溶酶体2个信号通路调控miR495-3p、miR381-3p和miR148b-5p。

肿瘤类器官的研究进展及应用

肿瘤类器官(PDO)是利用基质胶或者生物材料将病人来源的肿瘤组织进行三维培养后建成的体外肿瘤组织。近十多年来PDO迅速发展,作为新型体外肿瘤研究模型,它能更好地保持人肿瘤细胞的遗传特性,真实还原肿瘤的高度异质性以及模拟体内肿瘤微环境。本文就肿瘤类器官研究现状、在肿瘤研究领域的应用及目前存在的问题等方面进行综述,为后续研究提供参考。

患者来源肿瘤类器官的培养与研究及应用

背景:肿瘤类器官使肿瘤生物学研究、肿瘤新药筛选与开发以及精准化个体医学成为可能,并具有高通量、高效率和更加接近体内肿瘤生物学作用的优势。目的:对患者来源肿瘤类器官的发展与新进展做系统性综述,并对肿瘤类器官未来的应用方向与价值进行展望,以期为相关领域的研究者提供肿瘤类器官的特征全貌。方法:在PubMed、Web of Science、Springer、CNKI等数据库中以"肿瘤类器官、类器官、肿瘤研究、三维培养、肿瘤干细胞;Tumor/cancer organoids,Organoids,Cancer research,Three-dimensional culture,Cancer stem cell"为关键词检索与肿瘤类器官及患者来源肿瘤类器官相关文献,包括临床研究与基础研究等文章,检索时间主要在2017年2月至2020年2月。结果与结论:肿瘤类器官弥补了基于传统细胞系进行肿瘤研究的缺点,是更加可靠的肿瘤研究体外模型;根据不同肿瘤类型及患者自身情况,可选择不同来源的患者肿瘤细胞构建肿瘤类器官,通过添加细胞因子和生物材料优化培养条件是肿瘤类器官培养的关键;患者来源的肿瘤类器官高度保留了肿瘤异质性,为肿瘤生物学研究、新药筛选和精准医疗提供了更加真实可靠的平台;但是患者来源的肿瘤类器官不能完全重现肿瘤微环境,如缺少血管的支持、神经-体液的调节、免疫细胞的作用等,因此并不能完全体现肿瘤进展中的变化,共培养等技术可为模拟肿瘤微环境提供支持。

气液交互法培养小鼠来源的肿瘤类器官的建立及优化

目的构建一种不需要人工重建就可以保留免疫微环境中各类免疫细胞的小鼠来源的肿瘤类器官的气液交互法。方法利用气液交互法建立并培养小鼠来源的肿瘤类器官;用苏木精-伊红(HE)染色分析肿瘤类器官的组织学形态;用流式细胞测量术分析肿瘤类器官中各类免疫细胞的比例;用白细胞介素-2(IL-2)维持肿瘤类器官中T淋巴细胞的数量。结果小鼠CT26结肠癌、Lewis肺癌和MC38结肠癌这3种肿瘤类型的肿瘤类器官都分别保留了原始肿瘤的组织形态;与小鼠CT26结肠癌原始肿瘤组织相比,肿瘤类器官中CD4^(+)T细胞、CD8^(+)T细胞和B细胞的比例基本保持不变,巨噬细胞比例从66.7%减少到44.3%,树突状细胞的比例从66.5%减少到7.25%;与小鼠Lewis肺癌原始肿瘤组织相比,肿瘤类器官中CD4^(+)T细胞、巨噬细胞、树突状细胞和B细胞的比例基本保持不变,CD8^(+)T细胞的比例从5.6%减少到1.95%;与小鼠MC38结肠癌肿瘤组织相比,肿瘤类器官中CD4^(+)T细胞、CD8^(+)T细胞和B细胞的比例基本保持不变,巨噬细胞的比例从33.5%减少到17%,树突状细胞的比例从46.8%减少到1.2%;IL-2可以增加3种肿瘤类型来源的肿瘤类器官中肿瘤浸润T淋巴细胞的数量。结论小鼠肿瘤类器官保留了原始肿瘤的组织学形态,一定程度上保留了各类免疫细胞。IL-2可以增加T淋巴细胞的数量。

在肿瘤类器官中研究阻断Wnt信号治疗结直肠癌的价值

目的在肿瘤类器官中研究阻断Wnt信号治疗结直肠癌的价值。方法从在衡水市第四人民医院就诊的结直肠癌患者中遴选120名适合患者,从患者的手术标本收集癌组织、癌旁组织,然后利用类器官培养技术进行体外3D建模,选择Porcupine蛋白(PROCN)抑制剂LGK974进行药物处理,测定癌组织和癌旁组织WntmRNA的表达水平,研究LGK974药物干预Wnt通路靶点后对结直肠癌肿瘤成瘤性的影响。结果实验中采取半定量PCR方法对比癌旁组织和癌组织中Wnt表达水平,我们发现在LGK974抑制剂后,癌旁组织WntmRNA表达水平(1.17±0.04),癌组织中WntmRNA表达水平(2.83±0.19),经对比其差异具有统计学意义(P<0.05)。结论通过本次研究证实,Wnt信号通路的激活与结直肠癌发生密切相关,LGK974药物对结直肠癌肿瘤有明显抑制作用,肿瘤类器官对于寻找抗癌药物具有十分重要的研究价值。

在肿瘤类器官中研究Wnt信号通路为靶点的肿瘤治疗新进展

类器官是指源于人体的干细胞通过体外3D培养能以与体内相似的方式来增殖和分化,形成保留原器官组织结构和生物信息的“微组织”。利用肿瘤类器官可以来研究肿瘤的演变过程,评估抗肿瘤药物的效果,探究肿瘤的转移机制,而结直肠癌肿瘤类器官也保留了很多肿瘤体内的组织信息和信号通路,成为研究Wnt/PORCN通路在肿瘤干细胞功能的重要工具,对结直肠癌的发生发展和临床药物机理研究有重要指导意义。

结直肠癌患者肿瘤类器官生物样本库在预测化疗效果中的应用研究

目的本研究通过建立结直肠癌(advanced colorectal cancer,CRC)患者来源的肿瘤类器官(tumoroid)生物样本库,于体外模拟CRC肿瘤组织的生物学行为,为肿瘤类器官作为临床前模型评估CRC患者化疗效果提供理论基础支持。方法收集CRC患者的肿瘤组织分离培养肿瘤类器官,对肿瘤类器官进行组织形态学评估;进一步以不同化疗方案药物处理肿瘤类器官,采用CellTiter-GIo 3D细胞活力检测试剂盒测定评估肿瘤类器官的药物敏感性,并与患者的临床疗效进行对比分析。结果肿瘤类器官经过连续传代后仍然与原始肿瘤组织形态学保持高度一致;不同患者来源的肿瘤类器官的药物敏感性与对应CRC患者临床疗效的一致性高达91.18%(31/34),肿瘤类器官的药物抑制率与CRC患者的无进展生存期(progression-free survival,PFS)呈正相关关系(rs=0.412,P=0.016),而肿瘤类器官细胞活性-药物浓度曲线下面积与CRC患者的PFS呈负相关关系(rs=–0.479,P=0.004)。结论本研究建立了CRC患者的肿瘤类器官生物样本库,且提示肿瘤类器官具有作为临床前实验模型及预判CRC患者化疗效果的潜能。

基于微流控芯片的肿瘤类器官技术进展

肿瘤类器官能概括原发肿瘤的诸多特性,因此可以为肿瘤研究和个体化诊疗提供更为精准和详细的信息。肿瘤类器官技术对细胞操作平台的微环境仿真性能、分析通量和操作自动化程度提出了新的要求。微流控芯片具有便于实现多种功能单元的灵活组合与规模集成的特点。结合微尺寸结构以及微流体控制,微流控芯片便于实现细胞精细操控、微环境仿真以及规模化分析。因此,微流控芯片是有利于肿瘤类器官研究和应用的技术平台。本文介绍了微流控芯片肿瘤类器官技术的研究进展,以及其在疾病模型构建、药物筛选和个性化治疗等方面的应用。总体来看,微流控芯片肿瘤类器官技术有望为肿瘤精准诊断和治疗提供一种有力的工具。

类器官药物敏感性检测指导肿瘤精准治疗临床应用专家共识(2022年版)

在精准医疗时代,随着肿瘤靶向治疗及免疫治疗的快速发展,患者对个体化精准药物治疗的需求越来越高。除了基于肿瘤分子分型指导患者精准药物选择外,近几年新兴的功能性检测技术也为个体化精准治疗提供帮助。采用患者肿瘤组织体外培养的三维类器官能很好地保留肿瘤组织的细胞结构、分子特征,且其药物敏感性检测在预测患者疗效中的准确性较高,因此广受关注。目前,虽然类器官在指导临床治疗中的应用尚处于起步阶段,但是利用肿瘤类器官指导患者治疗的需求日趋增长,为了推动肿瘤类器官药物敏感性检测在临床中的规范应用,国内相关领域专家基于国内外的研究报道数据,制定了本专家共识,且后续将继续根据研究进展进行修订。

肿瘤类器官在药物筛选和个性化用药中的研究进展

恶性肿瘤是影响人类生命健康的重大疾病之一,药物治疗是常见的治疗手段。近年来,“精准治疗”已经成为肿瘤治疗的趋势。要实现对恶性肿瘤有效、精准的药物治疗,药物筛选模型至关重要。肿瘤类器官是近年来新兴的一种三维细胞模型,具有经长期传代还保留亲本肿瘤的特征和异质性、培养成功率高、周期短和能够高通量筛选药物等优点,已被用于药物筛选、预测患者对治疗的反应以及为个性化用药提供指导等。重点介绍了肿瘤类器官在药物筛选及个性化用药中的研究进展和面临的挑战。

肿瘤类器官与免疫细胞共培养模型研究进展

随着免疫学以及免疫疗法的高速发展,深入地了解免疫细胞与肿瘤细胞之间的相互作用及机制,以改善免疫疗法的临床效果、开发新的治疗方法越来越具备可能性及重要性。传统二维细胞培养存在各种方面的限制,而新型的类器官初步具备了起源组织复杂的细胞微环境,且在基因组及分子标志等方面,与体内来源组织或器官高度相似。类器官与免疫细胞共培养的环境使类器官的体外培养增加了免疫细胞浸润的环境刺激,更贴近体内生长环境,为自身免疫疾病、肿瘤及其相关免疫疗法等研究提供理想的实验平台。现就肿瘤类器官与免疫细胞共培养的研究进展以及两者相互作用的可能机制作简要综述。

肿瘤类器官模型在头颈部鳞癌中的研究进展

肿瘤类器官模型已经成为部分肿瘤研究的重要手段。通过对患者来源的肿瘤组织进行体外培养,肿瘤类器官高度重现了肿瘤患者的肿瘤组织形态和遗传特征,并表现出与临床一致的治疗效果。目前,现有的肿瘤临床前模型研发的新药临床转换率较低,而肿瘤类器官模型显示出了在个性化肿瘤研究及药物筛查上更大的潜力,但同时也需要面对肿瘤微环境及肿瘤免疫相关领域研究的挑战。本文就现阶段肿瘤类器官模型在头颈部鳞癌中的研究进展进行综述。

类器官在癌症研究、药物筛选与精准诊疗中的应用进展

癌症是世界性的医疗健康挑战。在中国,癌症的五年生存率仅有40.5%,严重威胁人民健康,并造成社会发展的沉重负担[1]。尽管靶向治疗和免疫治疗给部分患者带来一线生机,然而,肿瘤的精准诊疗受限于明确的药敏标记物[2]。长期以来,肿瘤的药物筛选常依赖于传统的二维培养及患者来源的肿瘤异种移植(patient-derived xenograft,PDX)模型。细胞系作为癌症研究中最早及最为普遍应用的模型。

转移性结直肠癌类器官的应用与展望

结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是当前最常见的恶性肿瘤之一,具有较高的发病率和死亡率。50%以上的患者最终会出现肿瘤转移,且转移性结直肠癌(metastatic colorectal cancer,mCRC)患者对大部分药物敏感性不高,导致患者预后较差。虽然利用细胞系和患者源性异种移植模型进行mCRC的研究已较为成熟,但两者仍有较大的局限性。而患者来源肿瘤类器官作为患者衍生的三维培养物,具有模拟肿瘤体内特征、保留肿瘤细胞异质性、培养周期短及易于保存等优势,在mCRC的基础研究、药物作用机制的阐释、新药开发和个体化治疗等方面均展示出了极大的应用价值。本文概述了近年类器官技术在mCRC领域中的研究和挑战,旨在阐明类器官在mCRC中的研究价值,为后续研究提供方向。

类器官建库的研究进展

肿瘤是一种异质性疾病,严重威胁着人类的健康和生命。近些年来,恶性肿瘤的免疫治疗和靶向治疗取得了实质性进展。新药开发的主要障碍是科学成果的临床转化,而克服这一障碍的关键是选择高质量的临床前研究模式。现有的研究模型,如永生化细胞系、肿瘤球体、患者源性肿瘤异种移植(PDX)、动物模型等各有其优缺点。因此,研究人员致力于研发一种能够真实反映患者特征的临床前模型,类器官作为一种新型的3D模型得到了医学界的广泛认可。

1231例结直肠癌类器官培养成功率的影响因素分析

目的探讨影响结直肠癌类器官培养成功率的因素。方法本研究采用回顾性观察性研究方法。回顾性收集2021年12月至2022年11月期间,在南方医科大学南方医院接受手术或活检且未合并其他恶性肿瘤的结直肠癌患者的肿瘤组织标本进行类器官培养,包括1130例结直肠癌患者共1231份肿瘤组织样本。采用单因素分析和多因素Logistic回归分析影响结直肠癌类器官培养成功率的因素。结果本组标本培养中位时间为7(3~12)d。总培养成功率为76.3%(939/1231)。不同取材部位的类器官培养成功率不同,其中恶性腹水成功率最高(96.4%,27/28),其后依次为肝转移灶(83.1%,54/65)、肺转移灶(8/10)、原发灶(76.0%,816/1074)、网膜转移灶(10/14)、腹膜转移灶(61.5%,16/26)、卵巢转移灶(3/5)和淋巴结转移灶(5/9);原发灶类器官培养成功率低于恶性腹水类器官培养成功率比较,差异有统计学意义(P=0.012),而与其他转移灶的类器官培养成功率差异无统计学意义(均P>0.05)。腹腔穿刺获取恶性腹水的类器官培养成功率为96.4%(27/28),手术标本的类器官培养成功率为76.5%(864/1130),内镜活检标本的类器官培养成功率为65.8%(48/73),差异有统计学意义(χ^(2)=10.773,P=0.005)。新辅助放化疗组的类器官培养成功率为62.5%(40/64),低于无辅助治疗组(76.9%,787/1023)和单纯化疗组(77.8%,112/144),差异有统计学意义(χ^(2)=7.134,P=0.028)。多因素Logistic分析显示,内镜活检(OR=0.557,95%CI:0.335~0.924,P=0.024)和新辅助放化疗(OR=0.483,95%CI:0.285~0.820,P=0.007)是影响结直肠癌类器官培养成功率的独立危险因素;恶性腹水(OR=8.537,95%CI:1.154~63.131,P=0.036)和腹腔穿刺(OR=8.294,95%CI:1.112~61.882,P=0.039)是影响结直肠癌类器官培养成功率的独立保护因素。结论结直肠癌类器官的培养成功率受取材部位、取材方式及新辅助治疗的影响,取材来自内镜活检和术前接受新辅助放化疗者培养成功率较低,取材来自恶性腹水者培养成功率较高。建议怀疑腹膜转移者首选恶性腹水培养。

气液界面培养肠道类器官的医学研究进展

类器官技术是继2D细胞系、动物、异种移植模型之后崭新的生物学研究体系,2017年被《Nature》杂志评选为年度最佳生物学技术。这种基于基质胶构建的类器官模型是一种能在体外模拟人体器官功能、结构的三维细胞复合体,主要由上皮细胞构成。其中,经由气液界面培养的类器官模型因其能够在体外重现肿瘤免疫微环境而受到国内外学者的关注。本文对气液类器官的诞生、发展及其在以肠道疾病为首的多种疾病中的应用进行总结概述,探讨气液界面培养的类器官体系在药物敏感性实验、中医药研究中的应用价值,并对该模型在目前研究应用中的不足与展望进行分析,旨在为未来疾病研究、药物开发以及实现个体化免疫治疗提供更有力的参考依据。

肠道类器官的构建及应用

肠道类器官是一种来源于肠道干细胞或多能干细胞(PSC)且具备三维结构的微器官。将肠道隐窝或单个干细胞植入基质胶中,在含有多种生长因子的培养皿中生成微型肠器官。该类器官包含各种肠道上皮细胞且能够有效地模拟肠组织。自2009年首次构建出肠道类器官,就迅速成为肠道疾病研究领域的热点。本文将围绕肠道类器官的构建及应用的最新进展进行述评。

肠道类器官在精准医学中的应用

类器官3D培养是一种新兴的用来研究组织成体干细胞生长、分化、器官形成的体外研究系统.目前,肠道类器官的3D培养是将分离的肠道隐窝或干细胞植入含有多种生长因子的基质胶中,在基质3D支撑下生成具有肠道上皮样结构的微型空心球体,这些球体被称为肠道类器官.该类器官包含有所有种类的肠道功能上皮细胞,能最大程度模拟肠道组织,故也称之为"迷你肠".结直肠肿瘤细胞也可以利用该3D体系培养得到肿瘤类器官.这些肠道类器官可被广泛应用于炎症性肠病、肠道损伤再生、肠癌等多种肠道疾病的研究.本综述讨论了关于肠道干细胞的最新研究进展,正常类器官和肿瘤类器官的培养,同时还将探讨类器官在疾病建模和组织再生、基因修复、肿瘤个性化治疗等精准医学方面的应用.