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肿瘤免疫微环境的类器官模型,助力临床个体治疗

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本文来自微信公众号:BioArt(ID:BioGossip),作者:Menu,编辑:迦溆


癌症之所以难以攻克,很大程度上因为肿瘤微环境的造成的海量细胞异质性,进而导致治疗失败【1】。同时由于目前针对肿瘤浸润免疫细胞的免疫治疗方案如雨后春笋般奔向市场,单细胞测序技术日新月异的进展,都对临床上原位模拟肿瘤微环境模型提出了迫切的需要和更高的要求【2】


同时目前体外肿瘤培养系统很难还原体内肿瘤微环境的复杂性,手术活检取得到肿瘤样本又过少不足以支持相关检测和研究【3】。被Nature Methods评为Method of the Year 2017的类器官培养技术则为体外原位模拟肿瘤免疫微环境提供了技术支持【4】



近日,来自美国斯坦福大学的Calvin J. Kuo研究组,在Cell杂志上以长文形式发表了题为Organoid Modeling of the Tumor Immune Microenvironment的论文,通过气液交互(air-liquid interface,ALI)患者来源类器官培养技术(Patient-derived Organoids,PDOs)重现了患者肿瘤免疫微环境。



Kuo实验室自2009起就持续运用气液交互类器官培养技术还原原代组织和肿瘤细胞微环境【5, 6】。在这篇文章中,他们将该方法拓展到临床肿瘤标本,并申请了ALI-PDO的专利技术。该技术特点在于通过一体培养,保留了原位的肿瘤实质、基质,同时包含功能化的肿瘤特异性的肿瘤浸润淋巴细胞群。进而还原了其他类器官模型中没有的肿瘤组织原位基质和具有免疫检查点封锁(Checkpoint Blockade)的肿瘤微环境内源免疫细胞群【3, 7】



作者通过ALI-PDO技术成功体外培养了来自100个患者,14不同组织位点,28种不同疾病亚型的肿瘤组织。验证了这些组织均能够保留原肿瘤组织种的基质层,并从基因水平上验证了这点。


接下来,研究组进一步通过一系列实验验证了PDOs可以保留原肿瘤组织中固有的纤维基质和多样的免疫组分,并可以在体外完成冻存复苏操作。


然而仅仅证明有免疫细胞是不够的,作者接着运用目前通量最高的10x Genomics的单细胞测序技术,对PDOs和原位肿瘤的单细胞同时进行了5’V(D)J和RNA-seq测序。通过该技术验证了PDOs中同样能够还原肿瘤组织中的T,B和NK细胞,并进一步验证了PDOs中的肿瘤浸润免疫细胞能够还原原位肿瘤中的TCR全部位点。最后,作者通过小鼠和人源肿瘤组织均验证了ALI-PDOs可以还原肿瘤组织中PD-1依赖的免疫检查点。


在肿瘤免疫治疗如火如荼的今天,临床上迫切的需要能够个体化验证疗效的体外模型。但是鉴于肿瘤微环境的复杂性,免疫治疗药物体外实验一直无法与临床疗效相匹配。PDO技术则为这一需求提供了技术出口。


值得注意的是,仅2018年,包括本文,就有至少3篇CNS文章报道来自不同实验室,不同方法,不同研究方向的PDO相关技术。也许不久的将来,我们就可以在临床实验中看到PDO个体化治疗的身影。


原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867418315137


参考文献


1.Palucka, A.K. and L.M. Coussens, The Basis of Oncoimmunology. Cell, 2016. 164(6): p. 1233-1247.

2.Junttila, M.R. and F.J. de Sauvage, Influence of tumour micro-environment heterogeneity on therapeutic response. Nature, 2013. 501(7467): p. 346-54.

3.Dijkstra, K.K., et al., Generation of Tumor-Reactive T Cells by Co-culture of Peripheral Blood Lymphocytes and Tumor Organoids. Cell, 2018. 174(6): p. 1586-1598.e12.

4.Method of the Year 2017: Organoids. Nature Methods, 2018. 15: p. 1.

5.Li, X., et al., Oncogenic transformation of diverse gastrointestinal tissues in primary organoid culture. Nat Med, 2014. 20(7): p. 769-77.

6.Ootani, A., et al., Sustained in vitro intestinal epithelial culture within a Wnt-dependent stem cell niche. Nat Med, 2009. 15(6): p. 701-6.

7.Vlachogiannis, G., et al., Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers. Science, 2018. 359(6378): p. 920-926.


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