27
2022-10
引文
膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）是成年人原發(fā)性惡性腦腫瘤中的最常見形式，由于GBM具有很強的侵襲性和較高的惡性程度，通常預(yù)后很差。缺乏再現(xiàn)人腦復(fù)雜性的體外模型是神經(jīng)腫瘤學和神經(jīng)病學領(lǐng)域的主要研究障礙。因此，開發(fā)創(chuàng)新模型來有效地再現(xiàn)GBM的復(fù)雜表型對于GBM轉(zhuǎn)化研究至關(guān)重要。
近年來新型的3D類器官和細胞培養(yǎng)系統(tǒng)為GBM疾病建模提供了新的可能，并被應(yīng)用到了疾病工程、藥物篩選、建立活體Biobank和探索個性化治療等多個方向。這些模型通過使用CRISPR/Cas9技術(shù)進行基因修飾，可研究與膠質(zhì)瘤發(fā)生相關(guān)的關(guān)鍵基因的特定作用，而與GBM細胞建立共培養(yǎng)系統(tǒng)可以作為了解其侵襲行為一種方式。
2D與3D GBM模型對比
在疾病模型中，2D細胞培養(yǎng)模型最簡便且應(yīng)用最為廣泛。長期以來，U87、U251和T98G細胞系也是研究GBM生物學的最為常用的工具，但在研究較為復(fù)雜的疾病時，2D模型存在一定的局限性，血清培養(yǎng)基可能會導致基因組和轉(zhuǎn)錄組水平改變，將細胞系植入免疫功能缺陷小鼠體內(nèi)產(chǎn)生的腫瘤無法重現(xiàn)許多經(jīng)典的GBM表型，如：彌漫浸潤、微血管增生和壞死等。
2D培養(yǎng)與3D培養(yǎng)
長期以來，一直認為GBM起源于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的成熟的膠質(zhì)細胞。然而，新的研究結(jié)果表明，GBM來源于位于大腦腦室下區(qū)的神經(jīng)干/祖細胞，GBM中存在一種具有干細胞特性的細胞亞群，稱為膠質(zhì)母細胞瘤干細胞（GSCs），它對治療的耐藥性和抗性密切相關(guān)。GBM的典型特征之一是廣泛浸潤周圍的腦實質(zhì)，GBM細胞侵入健康腦組織是腫瘤細胞與由小膠質(zhì)細胞、巨噬細胞、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元、膠質(zhì)和神經(jīng)祖細胞、周細胞、內(nèi)皮細胞和細胞外基質(zhì)（ECM）組成的微環(huán)境成分之間復(fù)雜相互作用的結(jié)果。因此這也使得GBM的體外建模更具挑戰(zhàn)性。
近年來，3D類器官由于可以在結(jié)構(gòu)和功能上與親代組織保持高度的一致性，能夠長期培養(yǎng)、穩(wěn)定遺傳等優(yōu)勢成為具有潛力的疾病模型。并成功建立了病人來源的膠質(zhì)母細胞瘤類器官，且所建立的類器官可以保留膠質(zhì)母細胞瘤形態(tài)學特征——包括對研究各種療法原發(fā)性和后天耐藥性極其重要的GFAP和嵌套標記腫瘤微管（TM）等[患者來源腫瘤類器官指導復(fù)發(fā)膠質(zhì)母細胞瘤的個性化治療]。這些都是評估藥物反應(yīng)模型中尤其重要的方面。3D培養(yǎng)技術(shù)成功對膠質(zhì)母細胞瘤進行疾病建模，同時體現(xiàn)出其獨有的優(yōu)勢與潛力。
大腦類器官
1) Lancaster和Knoblich從人多能干細胞中生成大腦類器官（COs），成功構(gòu)建的COs與人類大腦的內(nèi)源性發(fā)育程序非常相似，可作為研究大腦發(fā)育早期事件的優(yōu)秀模型。此外，COs還可用于多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的建模，如小頭畸形和神經(jīng)惡性腫瘤(GBM和原始神經(jīng)外胚層腫瘤)等。
2) Bian等人的研究使用轉(zhuǎn)座子和CRISPR/Cas9引入COs的致癌突變，這些腫瘤性腦類器官適合研究腫瘤生物學的侵襲性、藥物反應(yīng)等。
3) Ogawa等人利用CRISPR/Cas9技術(shù)，通過同源重組TP53位點構(gòu)建HRasG12V IRES tdTomato人類膠質(zhì)瘤COs的腫瘤模型。它誘導COs中細胞的腫瘤轉(zhuǎn)化，使細胞具有侵襲性，并破壞了周圍的類器官結(jié)構(gòu)。將轉(zhuǎn)化細胞原位植入免疫缺陷小鼠體內(nèi)，產(chǎn)生了一種具有間充質(zhì)特征的高度侵襲性腫瘤。這種侵襲性間充質(zhì)腫瘤的產(chǎn)生展現(xiàn)了間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和相關(guān)腫瘤侵襲的分子介質(zhì)的特性。
4) Linkous等人構(gòu)建的大腦器官樣膠質(zhì)瘤（GLICO）模型，通過GSCs和COs共培養(yǎng)讓GSC侵襲COs后增殖，形成與患者GBM相似的腫瘤。GLICO模型是極佳的人體外原代GBM建模系統(tǒng)，并可作為一個有前景的高通量藥物篩選平臺。
熱評:
通過人類多能干細胞生成的大腦類器官與大腦的內(nèi)源性發(fā)育程序非常相似，是作為研究大腦早期發(fā)育的優(yōu)秀模型，經(jīng)過與不同的技術(shù)結(jié)合，大腦類器官為科研、臨床和藥物篩選提供了有前景的平臺。
患者來源膠質(zhì)母細胞瘤類器官
許多臨床試驗結(jié)果不良都與腫瘤間和腫瘤內(nèi)分子異質(zhì)性有關(guān)。建立能夠保留腫瘤異質(zhì)性的GBO能為CBM患者的個體化治療提供至關(guān)重要的策略和經(jīng)驗。
1) Fadi等人用GBM樣本生成GBM類器官（GBO）模型，GBO保留了其相應(yīng)原代腫瘤的諸多關(guān)鍵特征，也再現(xiàn)了其腫瘤間和腫瘤內(nèi)的異質(zhì)性。因此GBO可以應(yīng)用在預(yù)測臨床治療和靶向治療的反應(yīng)。
2) Yi等人由GBM樣本、內(nèi)皮細胞和脫細胞的腦ECM進行生物打印，位于分隔的癌間質(zhì)同心環(huán)結(jié)構(gòu)中，維持徑向氧梯度。這種GBM芯片模型可有助于識別對標準一線治療耐藥的GBM患者的有效治療。
熱評:
腫瘤異質(zhì)性一直是困擾膠質(zhì)母細胞瘤臨床用藥和影響患者預(yù)后性的重要因素之一。GBO為GBM提供了一個優(yōu)秀的模型。而選擇患者來源組織直接構(gòu)建類器官進行藥物敏感性測試，可以輔助確立最適合該患者的個體化用藥方案，對患者化療療效進行評估，輔助繼發(fā)/實體腫瘤患者指定用藥方案。
胎腦聚集物模擬膠質(zhì)母細胞瘤侵襲
鼠胎腦聚集物（FBA）3D培養(yǎng)系統(tǒng)的建立可以在多個形態(tài)學方面模仿發(fā)育中的大腦，在GBM細胞系和FBA之間建立的共培養(yǎng)模型中，F(xiàn)BA是驗證GBM細胞侵襲的有效模型，腫瘤細胞侵襲FBA的模式與體內(nèi)環(huán)境中看到的模式相似。而另一個研究發(fā)現(xiàn)，酪氨酸激酶抑制劑的使用可以減少GBM細胞對FBA的侵襲。
熱評:
FBA模型易于生成，具有成本效益，它可以作為一個極好的平臺來研究GBM在體外的侵襲，用來揭示GBM侵入正常大腦的機制。
應(yīng)用基因編輯的類器官疾病模型
為了充分發(fā)揮類器官的潛力，研究者將基因編輯應(yīng)用在類器官模型中來研究疾病環(huán)境中的基因功能。CRISPR/Cas9在編碼序列中引入或刪除堿基對的方法為目標基因設(shè)計特定的向?qū)NA（sgRNA）。通過對DNA的編輯與剪接，按照計劃改變目標基因，但它通常會導致功能突變的缺失。它被應(yīng)用于2D或3D系統(tǒng)，用以誘導靶基因突變。然而，這種方法由于sgRNAs和Cas9蛋白的傳遞而被反復(fù)使用，以引入DNA斷裂。通常，在類器官中編輯CRISPR會產(chǎn)生大量野生型和突變細胞，這使結(jié)果的解釋變得復(fù)雜。CRISPR/Cas9技術(shù)仍然是一種新方法，該方法的傳遞和精度也在迅速提高，以提高效率并最小化偏離目標的影響。
熱評:
基因編輯方法的很大地改進了包括類器官在內(nèi)的疾病模型，通過利用CRISPR技術(shù)，可以獲得特定基因型的類器官。但由于載體系統(tǒng)的傳遞效率等原因，2D培養(yǎng)更適合基因編輯操作，但類器官的3D結(jié)構(gòu)在與CRISPR技術(shù)結(jié)合后又可以彌補2D不能解決的問題，為還原更加復(fù)雜的疾病開辟道路。
精科亮點
精科醫(yī)學作為國內(nèi)類器官技術(shù)轉(zhuǎn)化先行者，我們在類器官培養(yǎng)上積累了豐富的經(jīng)驗，涵蓋了乳腺癌、肺癌、胃腸癌、肝癌、膀胱癌、前列腺癌、腎癌、甲狀腺癌、卵巢癌、宮頸癌、骨肉瘤以及腦腫瘤等多種實體腫瘤。其中基于活檢組織的微量建模培養(yǎng)成功率極高，同時可以實現(xiàn)穿刺標本的“一樣兩檢”（類器官藥敏＋NGS）。精科擁有自主研發(fā)的類器官培養(yǎng)技術(shù)，能夠有效地延長樣本保護期，擴大地域覆蓋面。此外我們還和多家醫(yī)院和科研機構(gòu)開展科研與臨床合作。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)等多個重要技術(shù)上實現(xiàn)突破，并已建立相關(guān)的實驗室標準。
精科gene蜜網(wǎng)絡(luò)商城
精科醫(yī)學微信公眾號
