类器官技术在肿瘤研究中的应用情况与前景展望

类器官技术在肿瘤研究中的应用情况与前景展望

王梓伊

摘要  恶性肿瘤在我国的发生率一直在增长，2020年，全球恶性肿瘤患者大约960万人，我国大约占三分之一，恶性肿瘤是一种致死率极高的疾病，放射治疗、化学治疗、手术治疗是目前治疗恶性肿瘤的常规手段。随着科学技术的不断，人们一直在寻找一种积极有效的治疗手段；类器官技术的使用，为恶性肿瘤的治疗提供了更优的方法，本文就类器官技术在恶性肿瘤中的作用展开综述，为以后的研究提供一定的帮助。

关键词 类器官技术；恶性肿瘤；脑胶质瘤类器官；3D培养物

类器官是一种体外的3D培养物，主要是利用成体的干细胞经过3D培养，形成了与人体器官结构和功能相似的组织，可以进行稳定的自我更新和自我组织的能力、保持着来源组织的性能。近年来，随着生物医学的不断发展，类器官可作为多种疾病的体外模型，在干细胞与发育、再生医学、病因病理、药物开发等多个方面拥有广泛的应用前景［1］。肿瘤类器官( patient-derived tumor organoid,PDTO )是用原代的恶性肿瘤细胞经过体外的3D培养所形成的恶性细胞团，在3D培养物中进行不断的增殖，可以尽可能保持原代肿瘤的病理特征。

1、肿瘤类器官的发展

1.1、肿瘤类器官的起源

20世纪70年代3D培养技术已成为生物学上研究的热点，2009年荷兰的Hans Clevers团队，首次在体外通过人体干细胞培养出体外的小肠类器官，这个小肠类器官具有与人体干细胞具有相同的生理功能和结构，这是个具有里程碑的实验，将类器官技术推向了生物学研究的顶峰，随后在2015年人脑类器官被誉为10大科技进展；2017年类器官技术被评为生命科学领域的年度技术［2］。以癌类器官为基础个性化治疗, 现已经成功培养患者来源的胃、结直肠、胰腺、肺癌等类器官几十例, 类器官技术在体外培养的3D器官为对某些疾病建立疾病模型和精准化治疗提供了可能。类器官指其类似于组织器官,是由不同类型干细胞通过自组织方式生成的一类“三维微器官模型”,因其能够模拟原生器官结构和功能,因此更有助于人类疾病的建模、药物筛选以及体外替代组织或器官的再生。

1.2、肿瘤类起器官的构建

经过学者们研究发现，肿瘤类器官主要通过诱导性多功能干细胞分化、直接来源于肿瘤细胞和通过基因编辑这几种方式进行构建。临床上多使用肿瘤细胞，直接通过肿瘤细胞的培养，得到的类器官与原代肿瘤细胞在结构和生理功能是最接近的［3］。有研究者使用基因编辑技术对脑胶质类细胞进行编辑，脑胶质瘤的细胞中含有与两个与恶性肿瘤相关的基因（ HRAS、TP53），HRAS是一个癌基因,能够引起细胞的持续分裂增殖; TP53则是一个抑癌基因,能够抑制正常细胞向肿瘤细胞转化。当脑胶质类细胞类器官中这两个基因被编辑以后,正常脑细胞就变成了肿瘤细胞，他们生长迅速,最终占领了整个类器官;不仅如此,当把这些肿瘤接种到老鼠体内时,肿瘤能够在老鼠脑内持续生长［4］。

2、肿瘤类器官的特点

过去对细胞因子进行了许多的研究，随着生物学的不断发展，最终发现了3D细胞培养物，这个3D的培养物与人体的结构高度相似，最大程度上保持着来源细胞的特性。它不是平铺在水平面的一个细胞培养物，而是突破空间壁垒，以一个立体的、形象的三维空间聚集的细胞团［5］。能更方便观察类细胞的变化。与动物实验相比，类器官与人体细胞结构和生理功能相似，实验数据的准确性更高，可以更直接观察到异常。肿瘤类器官具有前沿性、精准性、高效性,以及功能多样性等优势。

3、肿瘤类器官的作用

3.1、药物筛选与研发

药物要在临床上经过一系列的临床试验来评估药物的适应症、有效性和安全性。在过去传统的实验中，都是通过动物实验来得到相应的结果，再经过4期临床试验后才可以批准使用。这个过程不仅耗费的时间多，且进度慢，效率低。研究者统计发现，在对药物进行4期的临床试验成功率为13.8%，肿瘤药物的4期临床试验成功率才3.4%。主要原因是由于对药物的适应症、有效性和安全性掌握不全，不能很好控制药量，当在药物研发中使用肿瘤类器官，能更直观的观察药物对细胞的作用，可以准确掌握不同药物剂量引起器官的变化，肿瘤细胞可以通过基因编辑功能快速得到，不仅节约了时间还提高了4期临床试验的成功率，为新药的开发提供很大的帮助。

3.2、个体化治疗恶性肿瘤

恶性肿瘤是一种高度异质性的疾病，不同患者对治疗的敏感性会表现出很大的特异性，所以对于恶性肿瘤的治疗要根据患者的自身条件来制定不同的方针。肿瘤类器官的发展为恶性肿瘤患者提供了新思路。研究人员通过提取患者的肿瘤细胞进行培养，建立体外的恶性肿瘤模型。比如最常见的脑胶质恶性肿瘤，是颅骨内部最常见的一种恶性肿瘤，主要是发生在神经系统胶质细胞和神经元细胞这些部位，好发的年龄段是20岁-50岁之间，威胁着患者的生命，肿瘤类器官的发展，可以为脑胶质瘤的治疗提供一定的帮助。通过特定技术在病理手术中提取神经元中的脑胶质肿瘤的细胞，在体外经过类器官技术进行培养，得到一个与脑胶质恶性肿瘤患者结构和功能一致的体外模型，对这个模型进行对应的放疗和化疗治疗，得到一个最优的治疗数据。

3.3、建立肿瘤类器官样本库

肿瘤类器官样本库是一个具有活组织化的样本库，患者根据抽取肿瘤细胞的位置不同，得到的肿瘤类器官也不一样，肿瘤类器官样本库中的类器官样本可以冻存、复苏和稳定的长期传代繁殖［6］。肿瘤类器官的样本可以代表着特定临床患者，对恶性肿瘤的研究有极高的价值。

4、肿瘤类细胞的研究前景

4.1、应用于生物打印技术

近阶段，类器官技术的被广泛推广，肿瘤类器官需要经过3D培养基进行人工培养，耗费的时间多，因为每个患者需要建立的肿瘤类器官模型是不一样的，同时因为培养液之间存在批次的差异，过程不严谨，为了完善这个问题，研究人员在规模和质量中做出进一步调整，以实现类器官在药物筛选、器官再生等方面的转化应用。生物打印技术凭借其强大的细胞控制能力，目前已广泛应用于组织工程和再生医学等领域。有研究发现类器官技术与生物打印技术结合起来，可以有效控制类器官自我繁殖,为药物研发筛选和再生医学开辟了新途径。

4.2、类器官与物质间共同培养

在过去的研究中，肿瘤类器官只做到了肿瘤上皮细胞，并没有研究间质细胞和肿瘤微环境，这个就会导致肿瘤类器官在临床使用时受限制，对免疫治疗药物和抗血管生成药物对类器官的影响无法预测。研究人员把肿瘤类器官、肿瘤间质细胞、免疫调节细胞一起放在同一个培养基中进行培养，发现纤维细胞可以影响肿瘤细胞的形成、转移、耐药，肿瘤微环境对类器官的形成紧密相连，共同培养是未来类器官的发展方向之一 ,扩大类器官应用范围、提高类器官的生理性需要研究人员付出更多努力。

小结 近年来，随着类器官技术的不断提高，在临床上的使用也越来越泛，类器官具有与人体细胞相似的结构和理功能。恶性肿瘤是一种危害性极高的疾病，由于动物的细胞与人体的细胞有差异性，每个患者对治疗方式也存在不同的敏感性，这就导致对患者恶性肿瘤进行治疗时，患者会产生许多的不良反应。恶性肿瘤类器官技术的运用，可以根据患者的特异性，得到每个患者的最优治疗量数据，对患者的治疗起到很重要作用。

参考文献

[1]檀英霞,岳亮,张珂.人体类器官技术的生物医学应用、机遇与挑战[J].军事医学,2022,46(11):801-808.

[2]王若彤,王欣,沈波.类器官在肿瘤转化医学中的应用和进展[J].中国癌症杂志,2022,32(11):1105-1114.

[3]檀英霞,岳亮,张珂.人体类器官技术的生物医学应用、机遇与挑战[J].军事医学,2022,46(11):801-808.

[4]李娇,李睿,赵海洋,吴梦春,李莉,张翼冠,谭蕊蓉,赵军宁.类器官——抗肿瘤药物研究的新模型[J].中药药理与临床,2022,38(05):200-208

[5]陶金,宋雪,王璐瑶,牛汉琪.3D细胞培养的研究进展和应用前景[J].齐齐哈尔医学院学报,2022,43(18):1771-1775.

[6]张宁,杨慧,王鹏.类器官在癌症研究、药物筛选与精准诊疗中的应用进展[J].北京大学学报(医学版),2022,54(05):814-821.

作者简介：王梓伊 2002年7月10日 男 山西潞城 汉 本科在读