突破性类器官技术：引领胃癌个性化治疗的新时代

在肿瘤研究和个性化治疗的前沿，类器官技术正日益受到关注。近日发表在Cell子刊的一篇论文(https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101627)，以其IF达到14.3的影响因子，展示了类器官在胃癌治疗中的巨大潜力。这项研究不仅为个性化药物筛选提供了新的工具，还揭示了类器官技术在肿瘤研究中的重要性。

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文章的实验模型介绍

-人类胃癌组织：使用来自患者的胃癌组织进行类器官培养。

-NCG小鼠中的PDOX模型：使用患者衍生的类器官在小鼠中建立肿瘤模型，并进行化疗测试。

研究背景

胃癌作为全球范围内癌症相关死亡的主要原因之一，其治疗一直面临巨大挑战。传统的药物筛选模型往往难以准确反映患者的个体差异，导致治疗效果不佳。类器官技术通过将患者肿瘤组织培育成三维结构的类器官，能够更真实地反映肿瘤的生物学特性，进而为个性化治疗提供更为可靠的依据。

研究亮点

-构建胃癌（GC）类器官生物样本库：从73例胃腺癌患者的肿瘤组织中建立了57个类器官生物库。

-基因表达谱分析：阐明高生长率和低生长率类器官的基因表达差异。

-胃癌类器官与其对应肿瘤组织的基因表达分析：RNA测序结果显示，类器官与其对应的原发肿瘤组织在基因表达模式上具有高度相似性。

-类器官药物筛选：测试了6种常规化疗药物，发现不同胃癌患者的类器官对化疗药物的反应各不相同。

-基因突变特征分析：全外显子组测序发现，5-FU敏感型与耐药型类器官在基因突变方面没有显著差异，但奥沙利铂敏感组突变更多。

-基因标志物鉴定：通过递归特征消除算法，发现9个基因能够区分5-FU治疗的敏感患者和耐药患者。

此外，PDOs的药物反应结果在患者源性类器官异种移植(PDOX)小鼠中得到了验证，与91.7% (11/12)GC患者的实际临床反应一致。评估PDOs的化疗敏感性可以作为筛选GC患者化疗药物的有价值的工具。

图1实验概览（Zhao et al., 2024, Cell Reports Medicine 5, 101627）

研究结果

1. 建立患者来源的胃癌类器官生物库

研究人员从73例经组织学诊断为胃腺癌的患者手术切除标本中获取胃肿瘤组织，建立了57个患者来源的胃癌类器官生物库，成功率为78%（57/73）。这些胃癌类器官来自胃的不同部位，并涵盖了不同的肿瘤-结节-转移（TNM）分期阶段。高生长率类器官具有增殖性祖细胞表型，可连续传代多达17代，而低生长速率类器官则在8-9代后无法进一步传代。

2. 患者来源的胃癌类器官对化疗药物的筛选

这些结果表明，患者来源的胃癌类器官是药物筛选的潜在有效工具，对不同常规化疗药物的反应各不相同。

研究人员选择了6种常规化疗药物对41种胃癌类器官进行了测试，发现不同胃癌患者的类器官对化疗药物的反应各不相同（图2B）。部分类器官对化疗药物5-氟尿嘧啶（5-FU）、奥沙利铂、顺铂、紫杉醇、SN-38和多柔比星表现出耐药性，而有的则表现出部分敏感或敏感（图2C）, 如弥漫型胃癌生成的类器官更可能对5-FU和紫杉醇敏感（图2C）。这些结果表明，患者来源的胃癌类器官是药物筛选的潜在有效工具，对不同常规化疗药物的反应各不相同。

图2

3. 阐明高生长率或低生长率类器官的基因表达谱

RNA测序结果显示，高生长率与低生长率胃癌类器官之间存在显著的基因表达差异。高生长率类器官中，增殖和干性相关基因显著上调，而低生长率类器官中，抑制细胞生长的基因则呈现下调趋势。KEGG通路分析证实，高生长率类器官中增殖和干性相关通路显著上调。

4. 胃癌类器官对化疗药物的基因表达特征分析

转录组测序分析了胃癌类器官对5-FU和奥沙利铂的基因表达特征。敏感组与耐药组的胃癌类器官在基因表达上存在显著差异（图3A），敏感组中肿瘤抑制基因显著上调，而耐药组中与增殖和侵袭相关的基因显著上调(图3B)。通过分析发现了胃癌类器官对化疗药物反应的基因表达特征(图3C)。

5. 胃癌类器官及其对应肿瘤组织的基因表达分析

RNA测序结果发现，类器官与其对应的原发肿瘤组织在基因表达模式上具有高度的相似性。

6. 在小鼠PDOX模型中验证药物反应

研究人员通过建立小鼠PDOX模型，将不同胃癌类器官移植到免疫缺陷小鼠体内，观察药物反应。

G5T-PDOs对紫杉醇敏感，肿瘤生长和肿瘤重量显著减少，对5-FU耐药。

G9T-PDOs对5-FU敏感，对奥沙利铂耐药，治疗后细胞增殖显著减少，细胞凋亡显著增加。

G27T-PDOs对5-FU、奥沙利铂和紫杉醇均敏感，肿瘤生长和重量显著减少。

G30T-PDOs对奥沙利铂和紫杉醇敏感，但对5-FU部分耐药。

G72T-PDOXs对5-FU、奥沙利铂和SN-38敏感，结果与体外实验一致。

这些实验结果表明，在胃癌器官培养中观察到的药物反应在PDOX体内模型中得到了验证。

7. 胃癌类器官保留了原发胃癌的组织病理学特征

胃癌类器官保留了其对应的原发肿瘤特定腺体特征，并表现出与其对应的原发肿瘤亚型相似的组织学特征。免疫组织化学分析显示胃癌类器官与对应的原发肿瘤中的蛋白质标记物的存在和强度相似。

8. 胃癌类器官对化疗药物反应的基因突变特征

全外显子组测序发现，在基因突变方面，5-FU敏感型与耐药型类器官没有显著差异，但奥沙利铂敏感组突变更多。

9. 胃癌患者化疗基因表达生物标志物的鉴定

研究人员通过递归特征消除算法研究了肿瘤组织的基因表达生物标志物，发现9个基因能够区分5-FU治疗的敏感患者和耐药患者。这些基因通过逻辑回归模型和朴素贝叶斯模型验证了其准确性和有效性。

10.肿瘤微环境研究

类器官与成纤维细胞（CAFs）共培养：研究人员将胃癌类器官(G83T和G84T)与匹配的CAFs共培养，发现：3天后，CAFs形成包围类器官的网络结构。5天后，类器官体积显著增大。在5-FU和奥沙利铂作用下，共培养的类器官对两种药物的耐药性显著增强。

类器官与T细胞共培养：研究人员将胃癌类器官与自体T细胞共培养，发现：在高微卫星不稳定性（MSI-H）的患者中，T细胞对类器官的肿瘤杀伤效果显著。免疫荧光染色和流式细胞术显示，与T细胞共培养后，类器官结构损伤和肿瘤细胞凋亡增加。

这些结果表明，通过类器官模型可以有效诱导患者特异的肿瘤反应性T细胞，验证了肿瘤微环境细胞与肿瘤细胞之间的相互作用，评估它们对药物反应的影响，并为个性化治疗提供依据。

结论

本研究通过建立患者来源的胃癌类器官生物样本库，并利用PDOX模型和患者随访验证类器官的药物敏感性，证明了类器官模型在药物筛选和个性化治疗中的巨大潜力。这些结果表明，利用患者来源的胃癌类器官进行化疗敏感性评估，可作为胃癌患者化疗药物筛选的有价值工具。

展望

类器官技术在个性化医学中的应用前景广阔，能够为临床治疗提供更精确的药物选择依据。未来的研究可以进一步优化类器官培养和药物筛选方法，结合更多的基因组学和蛋白质组学数据，提高模型的预测准确性。这一技术有望在更多类型的癌症治疗中发挥重要作用。

对类器官研究的推动作用

-提高药物筛选效率：类器官技术能够在体外高通量筛选多种化疗药物，提高了药物筛选的效率和准确性。

-个性化治疗：类器官技术能够反映患者个体差异，为个性化治疗提供可靠依据，推动精准医学的发展。

-深入了解肿瘤生物学：通过类器官模型，可以深入研究肿瘤的生物学特性，揭示影响药物反应的分子机制。

备注：该文章的方法详情

①类器官培养：从患者肿瘤组织中分离细胞，培养成类器官。

②组织学、免疫组织化学和免疫荧光：用于分析类器官的结构和生物标志物。

③药物筛选和细胞活力测定：评估类器官对不同化疗药物的反应。

④全外显子组测序及分析：识别与药物敏感性相关的基因突变。

⑤RNA测序及分析：评估基因表达变化。

⑥CRISPR-Cas9基因敲除：研究关键基因的功能。

⑦肿瘤类器官和癌相关成纤维细胞（CAFs）的共培养：研究肿瘤微环境的影响。

⑧T细胞和类器官共培养实验：评估免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤效果。

⑨流式细胞术：进行细胞表面标志物分析。

⑩定量和统计分析：对实验数据进行详细分析。

类器官培养和分析技术为肿瘤研究和个性化治疗提供了新的工具，能够让科研水平上一个新台阶。未来的研究可以进一步优化和推广这一技术，为更多类型的癌症治疗提供支持。

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