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西安交通大学揭示患者来源的类器官在乳腺癌个性化治疗中的应用

 
点击 22回复 0 原帖 07-05 09:18 IP属地 江苏南京
乳腺癌是全球女性中最常被诊断的癌症，也是癌症相关死亡的主要原因之一。乳腺癌的治疗面临着巨大的挑战，主要由于其高度的异质性，这种异质性存在于不同患者之间以及同一患者的不同肿瘤区域。这种异质性导致了治疗效果的显著差异，常规的治疗方案可能对部分患者有效，而对另一些患者无效，甚至可能导致耐药性和复发。

为了克服这些问题，研究人员不断探索新的模型和技术，以期更好地预测个体化药物反应。患者来源的类器官（Patient-Derived Organoids，PDOs）作为一种新兴的三维培养模型，能够精确地再现原始肿瘤的结构和生物学特性。与传统的癌细胞系和患者来源的异种移植模型（PDXs）相比，PDOs具有更高的成功率和可扩展性，并且能够在较短时间内进行高通量药物测试。

在乳腺癌研究中，PDOs被认为是一种有前途的模型，能够克服细胞系和PDXs的许多限制。然而，关于PDOs在乳腺癌药物测试中的实际应用，尤其是在治疗耐药性和肿瘤复发患者中的应用，仍然存在许多未解之谜。

西安交通大学研究人员发表在International journal of cancer期刊，题为Establishment of patient-derived organoids for guiding personalized therapies in breast cancer patients的研究性文章，旨在通过建立一个乳腺癌患者来源的类器官生物库，验证PDOs在预测患者药物反应中的可行性，并探讨其在指导个性化治疗中的潜力。

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文章要点：

1) 通过收集75例乳腺癌患者的肿瘤样本，成功建立了60个乳腺癌类器官模型，成功率为80%。通过H&E染色、免疫组织化学分析（IHC）和全外显子测序（WES），研究人员观察到PDOs保留了其母体肿瘤组织的组织学和基因特征。药物敏感性测试结果显示，PDOs能够成功预测患者的药物反应，并与临床治疗结果一致。

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图1 乳腺癌患者来源的类器官生物样本库的建立

2) 通过H&E染色和IHC分析，研究人员发现PDOs和其母体肿瘤组织在组织学结构和标志物表达方面具有高度一致性。例如，图中显示了ER、PR和HER2的表达模式，这些标志物有助于将乳腺癌分类为不同的亚型。

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图2 乳腺癌类器官与相应肿瘤组织的组织学比较

3) 通过全外显子测序分析，研究人员对比了PDOs和母体肿瘤组织的基因突变谱。结果显示，两者的突变谱高度一致，平均有82.4%的变异在PDOs和匹配的肿瘤组织之间共享。此外，PDOs保留了乳腺癌中常见的基因突变特征，例如PIK3CG等驱动基因的突变。

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图3 乳腺癌类器官概括了亲代乳腺癌的关键基因组特征

4) 通过药物敏感性测试，研究人员验证了PDOs在评估患者药物反应中的价值。结果显示，PDOs能够再现患者的药物敏感性，图中展示了几种药物在不同PDOs中的剂量反应曲线。例如，PDO11对多种药物显示出敏感性或中间敏感性，包括常用的化疗药物如紫杉醇和环磷酰胺。

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图4 晚期HER2+（HR）患者药物筛查平台

5) 通过对多种PDOs进行药物敏感性测试，研究人员观察到不同PDOs对相同药物的反应存在显著差异。例如，PDO74对五种药物显示出敏感性或中间敏感性，但对另一种靶向药物Olaparib和传统中药黄芩素表现出耐药性。

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图5 晚期TNBC和原发性患者药物筛查平台

6) 药物敏感性测试结果与患者临床反应的一致性总结。研究结果显示，五个PDOs的药物敏感性测试结果与临床治疗结果一致，三例部分一致。研究还指出，PDOs不仅能够评估化疗药物的效果，还能够评估内分泌治疗和靶向治疗的效果。

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图6 乳腺癌类器官药物筛选平台

全文总结：
本研究通过建立乳腺癌患者来源的类器官生物库，展示了PDOs在再现母体肿瘤组织的组织学和基因特征方面的高度一致性。通过药物敏感性测试，研究人员发现PDOs能够成功预测患者的药物反应，并与临床治疗结果一致。这一成果表明，PDOs作为一种前临床工具，具有选择有效药物和指导晚期乳腺癌个性化治疗的潜力。



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类器官时间


类器官制作流程：

1. 患者选择与样本采集（第0天）

  • 收集乳腺癌患者的肿瘤样本，无论其肿瘤分期或治疗状态，均可参与研究。

2. 样本处理（第1-2天）

  • 将切除的肿瘤组织保存于高级DMEM/F12培养基中，并直接运送至实验室。将肿瘤组织切成小块，一部分用于WES分析，一部分用于组织学检查，其余部分用于类器官培养。

3. 类器官培养与传代（第3-14天）

  • 使用胶原酶对肿瘤组织进行酶解处理，将细胞悬液过滤并离心收集细胞。将细胞悬浮于Cultrex生长因子减少的BME中，并在预热的24孔悬浮培养板上形成BME细胞悬液滴进行培养。培养基每3-4天更换一次。

4. 类器官传代与冷冻保存（第15-30天）

  • 类器官每5-30天进行传代，传代后的类器官碎片按照1:2至1:4的比例重新悬浮于新鲜BME中。一些传代量充足的类器官可生物银行化并在液氮中保存。

5. 组织学和免疫组织化学分析（第31-40天）

  • 将类器官和对应的肿瘤组织固定于4%多聚甲醛中，进行石蜡包埋、连续切片和H&E染色或免疫组织化学染色。

6. 全外显子测序和数据分析（第41-50天）

  • 使用Agilent SureSelect全外显子捕获试剂盒进行全外显子文库构建和测序，数据分析包括SNV和Indel的鉴定以及驱动基因突变分析。

7. 药物敏感性测试（第51-70天）

  • 将类器官消化成单细胞和小细胞团，接种于预涂BME的384孔板中，并添加药物进行培养。通过CellTiter-Glo 3D试剂检测类器官的活力，并绘制剂量反应曲线评估药物敏感性。


类器官亮点：

  • 通过这一系统化的流程，研究人员成功建立了乳腺癌患者来源的类器官生物库，实现了多系成熟和功能性细胞的出现，为乳腺癌的研究和治疗提供了新的工具和方法。


参考文献

Wu H, Wang W, Zhang Y, Chen Y, Shan C, Li J, Jia Y, Li C, Du C, Cai Y, Zhang Y, Zhang S, Wu F. Establishment of patient-derived organoids for guiding personalized therapies in breast cancer patients. Int J Cancer. 2024 Jul 15;155(2):324-338. doi: 10.1002/ijc.34931. Epub 2024 Mar 27. PMID: 38533706.


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