患者來源性腫瘤類器官（PDOs）是一種前景廣闊的臨床前模型，它可以提供患者腫瘤的組織學(xué)、基因表達(dá)和藥物反應(yīng)信息。目前，PDOs的培養(yǎng)依賴于小鼠腫瘤基底膜提取物（BME，一種3D細(xì)胞培養(yǎng)的“金標(biāo)準(zhǔn)”水凝膠），但BME有著批次間差異、存在異種化合物和殘留生長因子以及力學(xué)性能控制不佳的缺點(diǎn)，這會降低BME的可靠性。另外，在利用患者來源的異種移植物類器官（PDXOs）開發(fā)新的類器官時(shí)，培養(yǎng)基中的小鼠宿主細(xì)胞會在數(shù)量上淹沒人類類器官，這也是一個(gè)嚴(yán)重的問題。因而，類器官模型的研究和應(yīng)用迫切需要一種新的、能夠克服上述缺點(diǎn)的培養(yǎng)基。 最近，加拿大多倫多大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員在Nature Communications上發(fā)表了將一種納米纖維水凝膠（EKGel）用于乳腺癌PDOs的形成和生長的論文，驗(yàn)證了EKGel可以作為乳腺癌PDOs的培養(yǎng)中的基質(zhì)。

性質(zhì)比較

EKGel由一個(gè)纖維網(wǎng)絡(luò)組成（圖1b），類似于體內(nèi)腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原蛋白結(jié)構(gòu)，是可以用明膠和棒狀醛修飾纖維素納米晶體（a-CNCs）合成的一種仿生酶凝膠，與BME（圖1c）相比，EKGel中的孔隙明顯更大，這增強(qiáng)了營養(yǎng)物質(zhì)對流的能力。此外，EKGel的共價(jià)交聯(lián)還增強(qiáng)了水凝膠的穩(wěn)定性。

圖1 EKGel和BME水凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)差異

生長情況

研究人員分別采用EKGel和BME作為基質(zhì)開展PDOs培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，兩者中的PDOs都能生長成外觀相似的球形類器官（圖2（a-f））。通過計(jì)算連續(xù)4代細(xì)胞的數(shù)目，可以檢測EKGel和BME的細(xì)胞增殖情況，并監(jiān)測類器官直徑和細(xì)胞增殖的時(shí)間變化（圖2（g-i））。計(jì)算結(jié)果表明在EKGel和BME中生長的PDOs的直徑在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無差異，EKGel水凝膠是適合乳腺癌PDOs的長期傳代和維持的。

圖2 EKGel和BME中乳腺癌PDOs的生長情況

基因表達(dá)情況 為了評估在EKGel和BME基質(zhì)中生長的PDOs之間基因表達(dá)情況，研究者從基因?qū)用娣治隽嗽趦烧咧猩L的PDOs之間區(qū)別，對每種條件下的細(xì)胞進(jìn)行了RNA測序，結(jié)果顯示，在兩種不同生長基質(zhì)中PDOs的基因表達(dá)，僅有6個(gè)基因存在顯著差異（圖3b），其它基因的表達(dá)具有高度一致性。

圖3 EKGel和BME中PDOs的基因表達(dá)分析

藥物反應(yīng)情況

為了探索EKGel和BME中生長的類器官品系對常用乳腺癌藥物（馬球蛋白、紫杉醇和阿霉素等）的化學(xué)敏感性，研究人員進(jìn)行了體外藥物分析。結(jié)果表明， EKGel和BME中的腫瘤均對紫杉醇等抗癌藥物有反應(yīng)，表現(xiàn)出明顯的腫瘤生長抑制效果，此外，紫杉醇治療的EKGel-腫瘤和BME-腫瘤的生長速率相似，這表明抗癌藥物在兩種培養(yǎng)基中具有相似的藥效。

圖4EKGel和BME中的乳腺腫瘤類器官對抗癌藥物的反應(yīng) 類器官的形成情況 低形成率是癌癥PDOs培養(yǎng)的一個(gè)重要難題，開發(fā)可以提高形成率的新基質(zhì)將促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。因此，研究人員探索了在EKGel中形成乳腺癌PDOs和PDXOs的潛力，發(fā)現(xiàn)在EKGel和BME中，PDOs的形成率是相同的（圖5a），但是PDXOs在EKGel中成功形成，卻沒有在BME中形成（圖5d-e），這說明在兩種基質(zhì)中，PDXOs的形成存在顯著差異，EKGel有提升形成率的潛力。

圖5EKGel和BME中的類器官形成率 總體而言，研究人員開發(fā)了一種新型EKGel，用于有效形成和擴(kuò)增乳腺癌PDOs，研究發(fā)現(xiàn)，EKGel有作為這些類器官類型支架的潛力，使體外模型能夠捕獲患者自身和患者間的異質(zhì)性，并可用于開發(fā)個(gè)性化的癌癥治療手段。隨著對EKGel這種新型生物材料研究的深入，將可能實(shí)現(xiàn)對不同乳腺癌和其他癌癥類型的類器官的精細(xì)建模，并準(zhǔn)確預(yù)測對不同藥物類別的臨床反應(yīng)。 論文鏈接： https://doi.org/10.1038/s41467-022-28788-6

審核編輯 ：李倩