清华团队实现快速制造均一可控的肿瘤类器官 | Cell Press论文速递

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12月22日，清华大学深圳国际研究生院/清华-伯克利深圳学院马少华、黄来强团队在Cell Press细胞出版社Cell Reports Medicine上发表了一篇原创论文，题为“An automated organoid platform with inter-organoid homogeneity and inter-patient heterogeneity”。该团队通过微流控联动3D打印技术快速制造均一可控的肿瘤药物体外药效及毒性研究模型。

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肿瘤内在异质性是实体瘤治疗所面临的考验之一：同一肿瘤中可以存在不同的基因型或者亚型的细胞,因此同一种组织来源的肿瘤在不同个体身上可表现出不一样的治疗效果或预后，而且同一个体上的肿瘤细胞也存在很大差异。如何高效、准确地在体外模型中预测肿瘤对于抗肿瘤药物的反应是目前研究的重点之一。传统的药筛模型有2D细胞模型，3D细胞模型及PDX小鼠模型等，存在预测准确率不高，缺乏病理生理相关度高的细胞结构，或建模周期长，费用高等问题。

肿瘤类器官（Organoid）是一种基于病人肿瘤组织样本的体外三维培养模型，可以部分模拟体内微环境，同时极大程度保留肿瘤异质性形成微型肿瘤模型。该模型在个性化治疗和再生医学领域有广泛的应用前景，同时利用该模型可以帮助肿瘤患者个性化地测试多种药物敏感性，实现个性化精准医疗。

但是，目前类器官研究也存在一些缺点，例如类器官形貌及组成的可控性差，同批次类器官样本之间及不同批次类器官个体间存在显著差异，建模周期长（如培养周期需要4-6周）等，且建模过程常常缺乏自动化操控。马少华课题组以微流控联动3D打印技术快速制造、培养和自动化操控建立人源类器官，全过程均一可控，可用于肿瘤病人的化疗药物筛选。

该研究为转化医学研究，研究团队通过微流控液滴技术将含有细胞的Matrigel剪切成直径约500微米的均一化微球并将其作为细胞活动的结构模板，经过一周培养熟化（细胞自组织）形成类器官。目前这个平台已成功培养小鼠正常的肝、肺、肾等组织的类器官，以及不同人组织来源的肿瘤类器官。全基因外显子测序显示该类器官与其原组织保持了97%的基因变异的相似性，能很好地代表肿瘤组织基因突变。

研究团队还利用该技术培养了21位肿瘤病人手术后的肿瘤组织的类器官，经过一周类器官培养生长后用于33个抗肿瘤药物的敏感性测试。测试结果对比病人临床实际用药及病人疾病状态，结果显示该技术具有81%的预测准确率。同时基于小鼠正常组织的类器官可用于预测抗肿瘤药物的潜在毒副作用。

该研究成功建立了高通量、自动化、均一化类器官培养平台，可应用于临床个体化医药研究。

第一作者：蒋盛威、赵浩然、张伟杰

通讯作者：马少华、黄来强

通讯单位：清华大学

作者简介

马少华

副教授

马少华副教授主要从事面向个体化精准医疗和再生治疗应用的类器官和微组织工程、微流控和3D生物打印研究。

黄来强 

教授

黄来强教授主要致力于肿瘤等疾病的分子与细胞机理和治疗药物及技术，致力于研究功能与癌病变的分子细胞生物学机理和治疗药物及技术，运用基因/RNA、抗体/多肽、干细胞及其与纳米技术交叉融合的手段，主攻若干肿瘤(宫颈癌、肝癌)等重大健康问题的治疗药物和技术及其分子细胞机制。

相关论文信息

论文原文刊载于CellPress细胞出版社旗下期刊Cell Reports Medicine上，点击“阅读原文”查看论文

▌论文标题：

An Automated Organoid Platform with Inter-organoid Homogeneity and Inter-patient Heterogeneity

▌论文网址：

https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(20)30208-1

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2020.100161

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