肿瘤类器官研究发展大事件

2009年，荷兰Hubrecht研究所的Hans Clevers博士证实 肠干细胞 能够形成类器官，开启了 类器官研究的时代。

Nature Methods 如此评价 类器官（Organoids）技术 ：利用干细胞直接诱导生成三维组织模型，为人类生物学研究提供了强大的方法，目前对于这种工具的研究正在不断发展进步中。

生命（至少）是在三维空间中发生并存在的，利用在培养皿中形成的平层细胞开展生命的分子细胞学研究具有很大的局限性，无法揭示生物学的全部事实。类器官技术也是在这一背景下应运而生。

这项技术始于2009年，荷兰Hubrecht研究所的Clevers团队成功的将成体干细胞培养成为小肠的隐窝和绒毛结构。

2011年，该领域再次获得突破，日本RIKEN发育生物学中心的研究人员将胚胎干细胞构建成为视杯结构。

2013年，来自日本、德国、美国的科研人员分别构建出肝芽、迷你肾和微型大脑，使该领域获得了国际的广泛关注，并被Science评选为2013年的十大突破。

近年来，该技术不仅在更多种类的组织器官构建中获得了突破，在疾病研究、药物筛选、药物毒理测试等领域也展现出作为组织模型的应用潜力。此次，Nature Methods将其确定为2017年的年度技术，再次凸显了该技术的巨大发展潜力，未来该领域有望引起全球更大范围的研究热潮。

2014-MSKCC-prostate

由纪念斯隆凯特林癌症中心领导的一项研究，第一次证实了可以在实验室培育出源自人类前列腺肿瘤的类器官（Organoids），为研究人员提供了一个令人兴奋的新工具来测试癌症药物和个体化的癌症疗法。研究结果发表在《细胞》（Cell）杂志上。

研究人员称利用来自于转移性前列腺癌患者的活组织样本，他们成功地培育出了6个前列腺癌类器官，而第7个类器官来自于一名患者的循环肿瘤细胞。类器官是一种由聚集在一起的细胞构成的三维结构，其空间组织结构与器官相似。

这些前列腺癌类器官的组织结构与它们起源的转移灶样本高度相似。测序转移灶样本和匹配的类器官显示，每个类器官与它们起源的患者癌症基因完全一致。

2015-pancreatic cancer

胰腺癌（Pancreatic cancer）是最致命的一种癌症形式，确诊后患者的5年生存率只有6%，被医学界誉为“癌症之王”。现在冷泉港实验室(CSHL)和Lustgarten基金会共同宣布，在实验室中成功开发出了一个培育正常和癌性胰腺细胞的新型模型系统。他们的研究工作有可能会改变胰腺癌的研究方式，使得科学家们能够探询驱动这一破坏性疾病的信号通路及寻找新的药物靶点。该研究成果发表于12月31日《细胞》（Cell）杂志上。

这些类器官完全是由胰腺导管细胞构成，除去了常常会污染胰腺样本的周围细胞类型。它们在一个充满生长诱导因子和连接纤维的复合凝胶样物质中生长为空心球体。一旦它们长至足够大，就可以将这些类器官移植回小鼠体内，完全重演出胰腺癌。

2015-CELL-CRC

研究人员利用由癌症患者肿瘤衍生出的三维（3D）类器官，接近复制出了原发肿瘤的一些关键特性。这些“类器官”培养物适用于大规模的药物筛查来检测与药物敏感性相关的一些遗传改变，为采用个体化治疗改善癌症患者的临床结局铺平了道路。他们将这项研究发表在5月7日的《细胞》（Cell）杂志上。
　　直到现在，人们还主要是利用培养皿中的二维细胞系或是在小鼠模型中开展抗癌药物筛查。比细胞系更加近似人类肿瘤，且比小鼠模型更节省时间和资源，类器官为研究人员提供了现有方法之间的一个折中策略。
　　论文的第一作者，维康基金会桑格研究所的Hayley Francies博士说：“每个肿瘤都是不同的，即便它们出现在同一器官中。它们各自由携带不同突变的细胞混合物构成，这些突变决定了治疗是否能有效地发挥作用。令我们感到高兴的是，类器官可以复制出患者肿瘤的一些特征。这为我们提供了更真实的环境来测试新的和现有的药物，以及探讨联合疗法。”

2015-crispr-CRC

肠道上皮是人体内细胞更新最快的组织，可以迅速更新和修复肠粘膜，但这种能力也带来了一定的风险。人们发现，肠道的隐窝干细胞（Crypt stem cell）可能起始肿瘤形成，在肿瘤细胞的分化、增殖及凋亡中发挥重要作用。

用含有干细胞巢蛋白（WNT、R-spondin、表皮生长因子EGF）的培养基，可以长期培养小鼠和人类的肠道干细胞，生成遗传学和表型稳定的上皮类器官。荷兰艺术与皇家科学院主席、美国国家科学院院士Hans Clevers教授领导研究团队，利用CRISPR/Cas9技术建立了结直肠癌（CRC）类器官。

2017-liver-cancer

人类致力于癌症研究已逾半世纪，近期发表于《Nature Medicine》期刊的一项研究，为肝癌的研究带来重大突破。英国研究团队在实验室成功培养出第一个人类原发性肝癌的迷你生物模型，这项也称为「类器官」（organoid）的模型已应用于测试数种癌症用药，包括现行癌症治疗用药及研发中癌症新药，初步结果相当令人振奋。

研究团队创造出一个称做「类肿瘤」（tumouroid）的迷你肿瘤（小于0.5 公分），用以仿造出3 种最常见的原发性肝癌（HCC、CC、combined HCC / CC (CHC) tumors） ，他们利用从8 名病患身上手术移除的肿瘤细胞来进行复制培养，使用含有特定养分及物质配方的特殊溶液，这种溶液环境能抑制健康细胞的生长以利于培养出纯化的癌细胞。位于英国剑桥癌症研究中心（the Wellcome / Cancer Research UK Gurdon Institute in Cambridge）团队利用这项类肿瘤模型来测试29 种不同的癌症用药，包括了现行用药及开发中新药，其中一种蛋白质抑制物成分发现能抑制ERK蛋白的活性，有效作用于3 种类肿瘤细胞的其中两种，被视为肝癌研究发展的重大里程碑。

此项研究的主持人之一Meritxell Huch 博士说，「我们之前曾利用健康肝脏组织成功创造出类器官（organoid），但这次类肿瘤（tumouroid）的创造对肝癌研究又更推进了一大步。

2017-Brca1-mutation-mouse-orgnoids

使用类器官（Organoid）进行药物研发是类器官的重要应用方向。在2017年12月发表于《Nature Methods》的一篇文章中，作者向我们介绍了如何采用Brca基因突变的小鼠乳腺癌来构建类器官，并利用该模型进行治疗药物研究。发表该文的研究团队来在荷兰，类器官研究的国际领军人物Hans Clevers同样在作者列表中。

p53和Brca1/2基因是著名的抑癌基因，它们突变后均能引起肿瘤综合征，其中一个表现就是乳腺癌。在本研究中，作者使用了p53/Brca1或者p53/Brca2双敲除转基因小鼠，这种小鼠由于同时失去p53和Brca基因，容易自发产生乳腺癌。本研究的主要内容就是取p53/Brca转基因小鼠乳腺癌构建类器官，同时研究这种模型的特性和应用价值。

2018-cell-BRCA-100-orgnoids

乳腺癌由几种不同分子亚型构成，各种亚型之间在基因组变异方面有着明显的差别，这是晚期乳腺癌选择治疗方式的依据。类器官（Organoid）是把干细胞在体外3D条件下培养，产生的“类似”器官样的结构。类器官具有广泛的用途，可以用作各种疾病模型，在肿瘤研究精准医学研究中具有重要意义。

荷兰Hans Clevers博士团队开发了一种可以长期培养和维持乳腺上皮类器官的方法，乳腺癌类器官培养成功率在80%以上。团队成功建立了100例以上乳腺癌原发瘤或者转移瘤类器官，并且对模型进行了深入的组织病理学、基因表达、基因测序等分析，同时还对乳腺癌类器官的药敏活性进行了深入研究。

乳腺癌类器官在组织病理形态上很好的保持了原肿瘤的特点。乳腺癌主要有两种组织类型：浸润性导管癌（约占80%）、浸润性导管癌（约占10%）。即使只观察病人肿瘤组织的类器官，病理医生依然能够把各个类器官区分成上述亚型，表明类器官的形态和结构与原肿瘤高度一致。

2018-转移性结直肠癌和胃肠道癌

通常，癌症的精准医疗离不开两大关键性突破：

• 一是通过大量癌症病人基因异常数据的分析，筛选出对药物治疗敏感的药物靶点；

• 二是通过大量的能够维持癌细胞体内特征的体外模型分析，验证药物治疗敏感性靶点。

前者随着测序技术的出现，已经成为现实。后者随着肿瘤类器官的发展，也将得以实现。

论文第一作者、伦敦癌症研究所分子病理学部门的George Vlachogiannis及其同事从患有转移性结直肠癌和胃肠道癌的患者身上生成了PDOs。这些患者此前已经被纳入临床I期和II期试验。结果发现，PDOs的表型和基因型分析显示了它们与原发性肿瘤的高度相似。这表明，PDOs可以补充现有的方法来确定癌症的敏感性从而改善治疗方法。

研究人员对比了PDOs和临床实验中患者对抗癌药物的反应。对71例患者的分析结果显示，PDOs表现出100%的敏感性，93%的特异性，88%的阳性预测值和100%的阴性预测值。研究人员还发现，在不同的时间点，来自同一患者的类器官预测药物敏感性的变化。