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2022-06
Citation 引文 乳腺癌是全球女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤，其發(fā)病率逐年上升且趨于年輕化，嚴(yán)重威脅女性生命健康。為了更好地研究乳腺癌的發(fā)病機(jī)制和提高臨床用藥的準(zhǔn)確性，構(gòu)建能夠準(zhǔn)確模擬體內(nèi)腫瘤情況的理想乳腺癌模型顯得尤為重要。 2013年，DeRose首次成功構(gòu)建第一個(gè)乳腺癌類器官。乳腺癌類器官的構(gòu)建為新藥研發(fā)、臨床藥物敏感度測試、藥物高通量篩選等帶來了便利。由乳腺癌類器官首次成功構(gòu)建至今，研究者對乳腺癌類器官構(gòu)建技術(shù)和方案進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，近年來，研究人員也發(fā)明了不少新的乳腺癌類器官構(gòu)建模型。本文小編給大家?guī)碜钚碌娜N乳腺癌類器官構(gòu)建模型技術(shù)，見證乳腺癌類器官技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
基于腫瘤微環(huán)境對腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移和耐藥的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用，研究者構(gòu)建了一種類器官與腫瘤微環(huán)境細(xì)胞共培養(yǎng)的模型。由于單一的腫瘤類器官模型通常缺乏完整的微環(huán)境，共培養(yǎng)模型會(huì)更接近腫瘤在體內(nèi)的狀態(tài)。 KOLODOVA將乳腺癌類器官與癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞能夠促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖。乳腺癌細(xì)胞受上皮-基質(zhì)相互作用的密切調(diào)節(jié)，包括旁分泌信號、細(xì)胞外基質(zhì)重塑和機(jī)械感應(yīng)等，能夠幫助促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖。 CHATTERJEE等則通過構(gòu)建乳腺癌類器官-成纖維細(xì)胞（正常乳腺成纖維細(xì)胞和癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞）共培養(yǎng)模型，發(fā)現(xiàn)了一種促腫瘤性旁分泌信號機(jī)制，且這種旁分泌信號機(jī)制在正常乳腺成纖維細(xì)胞和癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞之間是共享的。這種機(jī)制會(huì)導(dǎo)致從正常乳腺成纖維細(xì)胞和癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素1b。從而使白細(xì)胞介素1b作為促進(jìn)增殖的因子促進(jìn)ER陽性癌細(xì)胞的增殖。
▲ 傳統(tǒng)病人來源乳腺癌類器官構(gòu)建
除了常規(guī)的以Matrigel（基質(zhì)膠）構(gòu)建的乳腺癌類器官模型，最近，有研究者開發(fā)了一種可生物降解的三維機(jī)械支架來研究乳腺癌的轉(zhuǎn)移。這種模型可以進(jìn)一步保持構(gòu)建所得的乳腺癌類器官與原始腫瘤的一致性。 這種新乳腺癌類器官模型的構(gòu)建分為以下幾個(gè)步驟。首先，制作聚己內(nèi)酯多孔蛋白支架。在乳腺癌中，細(xì)胞外基質(zhì)主要由癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞分泌和重塑，其分泌物在腫瘤微環(huán)境中具有多向性功能。為了提高多孔聚己內(nèi)酯支架的表面生物活性，同時(shí)保持機(jī)械性能，需要在支架上提供一個(gè)額外的、天然的細(xì)胞外基質(zhì)涂層來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的附著。第二步，在支架上培養(yǎng)乳腺癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞，當(dāng)支架上沉積膠原和纖維連接蛋白時(shí)，洗脫掉支架上的癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞，生成優(yōu)化后的混合支架，其保留了癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞沉積物。最后，把患者來源的乳腺癌細(xì)胞在混合支架和裸支架上進(jìn)行培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與裸支架相比，乳腺癌細(xì)胞在混合支架上大量附著并形成類器官，并且細(xì)胞在混合支架上表現(xiàn)出更高的增殖活力；隨后進(jìn)行多種化療藥物反應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)混合支架上乳腺癌類器官可以捕捉到藥物反應(yīng)時(shí)患者間的異質(zhì)性。 綜上得出結(jié)論，聚己內(nèi)酯支架涂上天然細(xì)胞外基質(zhì)用于乳腺癌類器官的培養(yǎng)，能更好地模擬體內(nèi)微環(huán)境，這表明癌癥相關(guān)成纖維、細(xì)胞衍生的細(xì)胞外基質(zhì)為細(xì)胞提供了顯著的生長優(yōu)勢。該模型可作為一種新的乳腺癌類器官模型，以發(fā)展有效和個(gè)性化的治療方案。
器官芯片 (Organs-on-a-chip) 是仿生生物學(xué)和微加工技術(shù)的結(jié)合，利用微流控技術(shù)控制流體流動(dòng)，結(jié)合細(xì)胞與細(xì)胞相互作用、基質(zhì)特性以及生物化學(xué)和生物力學(xué)特性，在芯片上構(gòu)建三維的人體器官生理微系統(tǒng)。簡單來說，器官芯片是一種用于體外模擬人體器官功能單元的微型細(xì)胞培養(yǎng)裝置。類器官缺乏上皮腫瘤細(xì)胞與周圍血管系統(tǒng)和基質(zhì)之間的組織界面，而這些組織界面是癌癥控制和進(jìn)展的重要因素，不能很好地復(fù)制器官發(fā)展過程中復(fù)雜又動(dòng)態(tài)的微環(huán)境。隨著類器官的增大，其僅僅依靠被動(dòng)擴(kuò)散來獲取養(yǎng)分和氧氣并去除代謝產(chǎn)物的方法不足以滿足它們對代謝物日益增加的需求，最終導(dǎo)致它們的生長和成熟失敗。而用器官芯片來模擬灌注血管被證明可以解決這一問題。 為解決這一缺點(diǎn)，科學(xué)家將器官芯片技術(shù)與類器官相整合而形成“類器官芯片”技術(shù)。利用微流控平臺使類器官血管化，并允許生理流動(dòng)條件下的灌注，從而再現(xiàn)了腫瘤微環(huán)境在體內(nèi)的運(yùn)輸特性。SHIRURE 等開發(fā)的乳腺癌類器官芯片也證實(shí)了這一點(diǎn)。1個(gè)乳腺癌腫瘤類器官芯片模型包含3個(gè)相互聯(lián)系的微液流裝置，支持內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成自組裝可灌流血管的三維網(wǎng)絡(luò)，并長成乳腺癌類器官結(jié)構(gòu)。
▲乳腺癌類器官芯片模型示意圖
見示意圖，利用此裝置通過血管灌流紫杉醇可以抑制腫瘤的生長，表明該模型可以用來篩選患者個(gè)性化的藥物。血運(yùn)化是一種很有前途的策略，可以解決乳腺癌類器官中營養(yǎng)供應(yīng)和壽命有限的問題。 從2009年類器官技術(shù)元年發(fā)展至今，類器官構(gòu)建技術(shù)已經(jīng)較為成熟，逐漸成為科研、臨床、生產(chǎn)等多領(lǐng)域中的熱門助手。2013年，類器官技術(shù)被Science評為年度生命科學(xué)技術(shù)。2019年，Science, Nature, Cell相繼推出類器官特刊。2021年，疾病類類器官模型被列為我國“十四五”首批重點(diǎn)專項(xiàng)。在疾病機(jī)制研究、新藥研發(fā)、藥物高通量篩選都能看到類器官的活躍身影。 精科醫(yī)學(xué) 精科醫(yī)學(xué)作為國內(nèi)類器官技術(shù)轉(zhuǎn)化先行者，對于乳腺癌類器官的相關(guān)研究與臨床應(yīng)用更是走在行業(yè)前列，我們在乳腺癌類器官培養(yǎng)上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前已完成千余例樣本的建模與建庫，其中基于穿刺活檢組織的微量建模就高達(dá)6成。此外我們還和多家醫(yī)院和科研機(jī)構(gòu)開展科研與臨床合作，涉及乳腺癌新輔助治療、后線治療、復(fù)發(fā)難治等多個(gè)方向，其中多份重磅研究成果或已經(jīng)發(fā)表或正在準(zhǔn)備投稿階段。目前我們已經(jīng)在類器官建模方法、類器官鑒定、藥物敏感性檢測方法、類器官共培養(yǎng)等多個(gè)重要方法學(xué)上實(shí)現(xiàn)突破，并已建立相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)，此外我們還同步開發(fā)了乳腺癌類器官的培養(yǎng)試劑盒。
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