耐药类器官模型筛选

癌症作为一种异质性疾病，是一种包括不同细胞类型的复杂生态系统。除肿瘤细胞外，肿瘤还包括与肿瘤相关的基质细胞、微环境中的生长因子和代谢物，它们对肿瘤细胞的生长、侵袭能力和药物反应具有深远的影响。每个患者的肿瘤都呈现出一系列独特的细胞和环境特征，因此肿瘤内部和肿瘤之间具有巨大生物异质性。

直接来源于人类肿瘤组织的类器官模型已经被证明可以准确地再现肿瘤内和肿瘤间的生物学异质性。具体来说，肿瘤类器官可以再现不同肿瘤细胞亚克隆的极度表观遗传/遗传和表型多样性，以及它们的共同的肿瘤特异性形态学特征。因此，癌症类器官在临床中模拟患者对抗癌治疗的特异性反应中表现出巨大潜力。

患者来源的肿瘤类器官 (PDOs) 能够弥补 2D 细胞和小鼠异体移植癌症模型 (PDX) 的缺点，为优化临床前药物发现提供了很大的希望。

2D 细胞：因易于增殖、维护成本低、易于进行功能测试而被广泛使用。但从根本上说，它们不能准确的代表体内肿瘤。其主要限制在于无法准确复制体内癌细胞的表型和遗传学特征。更重要的是，它们无法准确概括癌症的复杂性和动态性，尤其是耐药机制 (这仍然是癌症患者治愈的主要限制因素)。

患者来源的异种移植 (PDXs)：能够概括人类肿瘤的生物学特征，但使用起来耗时且昂贵，此外，PDX 还表现出小鼠特异性肿瘤进化的能力，并且引发了关于使用动物模型进行实验的各种伦理问题。PDX 不适合高通量药物筛选 (HTS)，主要用于实验室研究。

肿瘤类器官：与 PDX 相比，肿瘤类器官成本更低、并具有较高效率，能够模拟正常组织及不同阶段的癌变过程的组织，既反映了真实世界患者癌症的生理特征，又能应用高通量药物筛选。此外，体外基因修饰比体内更容易: 例如通过 CRISPR/Cas9 技术对肿瘤抑制因子 Trp53 和 Stag2 进行基因敲除的基因操作类器官。

类器官与肿瘤微环境：最初，肿瘤类器官因无法再现 TME 使肿瘤类器官被打上“不完美”标签，但随着类器官技术的发展，肿瘤类器官再度升级：将类器官植入高度血管化的组织或者通过基因编辑或结合混合细胞共培养 (使用微流体平台) 来实现肿瘤血管化建模。通过肿瘤类器官细胞和免疫细胞的共培养实现肿瘤-免疫相互作用的建模，可以更好地模拟肿瘤中的免疫系统功能。

已经有很多不同癌症患者来源的样本建立的类器官模型，如结肠、食管、胃、大脑、前列腺、胰腺、肝脏、乳腺癌等类器官。

PDOs 建立的主要步骤和主要应用

(A) 包含癌细胞、成体干细胞、多能干细胞或肿瘤干细胞的人类癌症组织，首先通过机械和化学方法分解成非常小的碎片、细胞簇或单细胞，并在适当的 3D 条件下在具有 ECM 成分的水凝胶中培养。(B) 肿瘤类器官能模仿原发组织组织病理学特征、遗传图谱、突变情况，甚至对治疗的反应，并且可以建立肿瘤类器官生物库。

PDOs 可用于研究耐药性、代谢、分化和癌症基因功能，近年来，多种不同组织的 PDOs 模型已经被用于药物发现探索候选治疗药物的细胞毒性和实现个性化的癌症治疗。