类器官系列知识（ⅩⅩⅩⅨ）-肿瘤类器官的发展历史- 大数跨境

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类器官系列知识（ⅩⅩⅩⅨ）-肿瘤类器官的发展历史

一米生物

2025-02-25

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肿瘤类器官的发展历史

患者来源肿瘤类器官(PDO)是由患者肿瘤干细胞在体外自组装形成的 3D 培养结构，可直接从临床穿刺、活检或者手术切除的肿瘤组织中提取培养获得。相比其他的肿瘤模型如肿瘤细胞系、细胞系来源异种移植瘤(cell-line derived xenograft,CDX)和 PDX 模型等，患者来源肿瘤类器官更实用，且更贴近临床肿瘤的真实情况，用作疾病模型具有不可替代的优势。目前已构建成功的肿瘤类器官包括：肺癌、结直肠癌、肝细胞癌、胆管癌、胰腺癌、乳腺癌及膀胱癌等类器官模型。近年来关于肿瘤类器官的研究报道，也从 2010 年的 20 篇跃升到 2024 年的 8825 篇，肿瘤类器官正以极迅猛的态势成为肿瘤领域研究热点。

当代肿瘤类器官领域发展成果主要集中在近 10 余年。如图 1 所示，2009 年，荷兰的 Hans Clevers 团队在体外成功地利用小鼠 LGR5+ 肠道干细胞构建了小肠类器官，这种类器官模型重现了隐窝样区域和绒毛样上皮区域的 3D 结构。通过一系列的培养条件优化摸索，该模型已经能够较好模拟小鼠小肠上皮的生理情况，并能在体外长期培养。目前小肠类器官已经广泛应用于疾病模拟、再生医学等相关研究。肠道类器官体系的成功建立开启了类器官研究的新篇章，使类器官迅速成为新的研究热点^[1]。随后在 2011 年，Hans Clevers 团队建立了人正常结肠和肠癌类器官体外培养体系^[2]。2015 年，Hans Clevers 团队建立人胰腺组织和胰腺癌类器官体外培养体系；并且该团队又建立了人结肠癌类器官库(n=22)与人肝脏类器官体外培养体系^[3]；同年，美国密歇根大学 Arul Chinnaiyan 团队建立前列腺癌类器官体外培养体系^[4]。

图1. 肿瘤类器官发展历史概述

2017 年，弗雷德·哈钦森癌症中心的 Rubin Andrew 团队建立实体瘤类器官库(n=56)，主要包含了前列腺癌、膀胱癌和肾癌等^[5]。2018年，Hans Clevers 团队建立人乳腺癌类器官库(n=95)^[6]；同年，丹娜-法伯癌症研究所的 Sarah Hill 等人建立人卵巢癌类器官库(n=33)^[7]；英国 Nicola Valeri 团队建立了转移性胃肠道肿瘤类器官库^[8]，并证明了类器官药敏检测结果与临床试验中患者疗效的相关性；此外，香港大学 Suet Yi Leung 团队建立了人胃癌类器官库(n=46)^[9]。

2019 年，Hans Clevers 团队建立人肺癌类器官培养体系(n=18)、人头颈部鳞癌类器官库(n=31)、人卵巢癌类器官库(n=56)^[10-12]；同年，Emile Voest 团队建立转移性结直肠癌类器官库(n=35)，并发现类器官对 5-FU 和伊立替康的敏感性与患者临床疗效一致性较高^[13]；Joshua Smith 团队建立直肠癌类器官库(n=65)并且建立直肠癌类器官原位移植瘤小鼠模型^[14]。

2020 年，复旦大学章真和华国强团队建立局部进展期直肠癌类器官库(n=96)，并且检测发现类器官对化疗药物及 X 射线的敏感性与患者放化疗疗效匹配准确性为84%^[15]；同年，德国的 Jarno Drost 教授团队首次建立儿童肿瘤类器官库(n=54)，主要包含了针对肾母细胞瘤、恶性横纹肌瘤及肾细胞癌等肿瘤建立的类器官^[16]；荷兰的 Elle Stelloo 团队建立人卵巢癌类器官库(n=36)，并发现类器官对药物的敏感性与患者临床疗效相关^[17]；Toshiro Sato 团队建立首个消化道神经内分泌肿瘤类器官库(n=25)^[18]；Emile Voest 团队从 NICHE 临床研究的患者肿瘤样本中培养成功 12 例结直肠癌类器官，并且证明结直肠癌类器官能在体外共培养中激活外周血淋巴细胞和肿瘤浸润淋巴细胞^[19]。

2021 年，Hans Clevers 团队建立人宫颈癌类器官库(n=12)^[20]；同年，美国的Hongjun Song 教授团队建立胶质母细胞瘤类器官(n=70)^[21]。伴随着多个肿瘤类器官库的建立，多项前瞻性的通过肿瘤类器官来实现指导患者治疗方式的临床研究在 Clinical Trials.gov 网站注册并开始招募患者。

2022 年 4 月，由西班牙巴塞罗那生物医学研究院主任 Eduard Batlle 博士领导的一个国际研究小组以类器官为模型，进行了 Wnt 及 RTK 通路双特异性抗体筛选，发现 EGFR 和 LGR5 双特异性抗体有治疗肿瘤的潜能^[22]；同时，高栋团队等以胰腺癌类器官为模型，揭示了染色质可及性在肿瘤特征及肿瘤治疗反应中的作用^[23]；同年 5 月，沈西凌团队建立了包含肿瘤组织多种细胞的微小类器官球体(micro-organospheres,MOSs)模型，研究结果表明该模型能够在短期内完成化疗药物、免疫检查点抑制剂及细胞疗法有效性测试^[24]；对于人源小肠类器官(human small intestinal organoids,hSIOs)培养的探索仍在进行中，虽然已经有了一些可以长期培养的 hSIOs 模型，但这项技术尚不成熟，除了原代细胞提取方法复杂和细胞活性的维持等技术存在困难外，如何准确地模拟细胞类型的多样性，并且促进 hSIOs 广泛地出芽，依然是 hSIOs 培养的瓶颈。基于以上因素，2022 年 Hans Clevers 团队在 hSIOs 培养基中添加了IL-22 进行 hSIOs 培养基的优化。利用优化后的 hSIOs 模型，探索了 IL-22 对 hSIOs 中各种类型上皮细胞的诱导效果和基因表达的影响^[25,26]。

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参考文献

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一米生物系领因上海的全资子公司。一米生物和领因生物均为国家级高新技术企业，2024年一米生物获泰州市专精特新中小企业，领因生物获上海市专精特新中小企业。一米是丹纳赫旗下徕卡生物系统授权代理商和技术服务中心。

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