編者按
膠質母細胞瘤是成人中發病率最高的原發性惡性腦腫瘤[1]，盡管進行了許多臨床試驗，但結果不盡人意，導致其不良試驗結果的原因可能是腫瘤之間和腫瘤內部存在的分子異質性[2-6]。這種異質性和開發新模型以測試膠質母細胞瘤的個性化治療策略，仍然是臨床前和臨床面臨的挑戰。
建立克隆腫瘤細胞培養和PDX模型對了解膠質母細胞瘤發病的生物學機制做出了巨大貢獻，但二者所需的漫長時間阻礙了它們用于測試個性化療法的臨床適用性。然而，已經開發的3D類器官培養系統，可以捕獲在各種器官中發現的表型和分子異質性，包括腦類器官[7]。為了研究膠質母細胞瘤，人們對腦類器官組織進行了基因操作，使其具有致癌特性，或與腫瘤球共同培養，以模擬腫瘤細胞侵襲[8-11]。
今天，我們特別關注一項發表在《Cell》的研究——《A Patient-Derived Glioblastoma Organoid Model and Biobank Recapitulates Inter- and Intra-tumoral Heterogeneity》，該研究報告了一種無需單細胞解離、在特定培養基中直接從新鮮腫瘤標本快速生成膠質母細胞瘤類器官（GBOs）的可靠方法，并對生成的GBOs活體生物庫進行了全面的組織學、分子學和基因組學分析，結果表明GBOs再現了腫瘤間和腫瘤內的異質性，并保留了其相應親代腫瘤的許多關鍵特征。這些GBO可以有效地異種移植到成年小鼠腦部，表現出快速和侵襲性浸潤，并保持關鍵驅動突變的表達。
研究人員還進一步證明，GBOs可用于在臨床相關的時間尺度上測試對標準治療和靶向治療的反應，包括臨床試驗藥物和嵌合抗原受體T細胞（CAR-T）免疫療法。綜上，這些結果突顯了源自患者的膠質母細胞瘤類器官模型和生物庫在基礎研究、轉化研究和個性化療法測試中的潛在作用。
論文翻譯：虞奇芬
01、主要研究成果
1、來自患者腫瘤的膠質母細胞瘤類器官的培養和儲存
為了保留原始腫瘤的局部細胞結構和細胞間的相互作用，用細解剖剪將組織剪成直徑為1 mm的小塊后放入GBO培養基中進行軌道搖床培養，一般在1-2周內形成圓形類器官。H&E染色結果顯示GBO均保留了高級別膠質瘤的特征，顯示出患者腫瘤的細胞和核異型性，通常包含豐富的有絲分裂象和多形性核，還保留了CD31脈管系統。
圖1
GBOs的細胞特征和形態與相應親代腫瘤的細胞組成相似，表現出明顯的瘤間異質性。對8個腫瘤樣本進行的定量分析顯示，親代腫瘤和相應的GBOs中表達SOX2和OLIG2的細胞比例相似，持續時間長達4周。根據KI67免疫染色定量，GBOs在很大程度上保持了相應親代腫瘤的增殖率，用5-乙炔基-2′-脫氧尿苷（EdU）對GBO進行脈沖標記，1小時后大部分EdU細胞為NESTIN、S100B、DCX或OLIG2，顯示了這些GBO中正在活躍分裂的祖細胞亞型。
圖2
2、通過GBO維持分子和突變在腫瘤間和腫瘤內的異質性
通過對多名患者的大量RNA測序（RNA-seq）進行轉錄組分析，表明GBOs與其相應親代腫瘤的全轉錄組比較顯示出高度的相似性。膠質母細胞瘤的瘤間異質性很大，單個親代腫瘤具有獨特基因表達特征，相應的GBO在培養過程中隨著時間的推移保持了這些基因表達模式。
通過膠質母細胞瘤基因組學綜合研究表明，在親代腫瘤中發現的大多數體細胞變異都以相似的等位基因頻率出現在相應的GBOs中。基因表達分析也顯示，GBOs保持了亞區腫瘤樣本的特征，通過RNA-seq、PCR及免疫組織學檢測到功能增益型表皮生長因子受體變體III（EGFRvIII）在UP-7788腫瘤的不同亞區（ANT和PMS）和相應的GBO中的不同表達。
圖3
3、異種移植后GBO的強接種和積極滲透
將完整的GBO移植到成年免疫缺陷小鼠大腦中，移植2個月后，通過H&E染色對異種移植的UP-7788-PMS和UP-7790 GBO進行分析，發現原始異種移植部位和浸潤區域的組織結構與相應親代腫瘤相似。對人類特異性抗原HuNu和STEM121的免疫組織學檢查證實了GBO衍生細胞在同側和對側廣泛浸潤。
圖4
4、利用GBOs建立個性化CAR-T免疫療法模型
為了評估保持細胞異質性和內源性表皮生長因子受體（EGFR）vIII表達的GBO模型在測試膠質母細胞瘤新興免疫療法中的效用，將GBO與2173BBz CAR-T細胞共同培養，設計用于與EGFR vIII的細胞發生特異性反應，CD19和2173BBz CAR-T細胞都侵入了所有GBO，但只有當2173BBz CAR-T細胞與EGFRvIII GBO一起培養時，才觀察到CAR-T細胞的明顯擴增。這表現為CD3 T細胞的增加，其中許多是GBO內的KI67。
伴隨著CAR-T細胞擴增的是GBO中裂解的天冬酶-3信號的增加和EGFRvIII/EGFR信號強度比的降低，這表明EGFR vIII細胞被2173BBz CAR-T細胞靶向并殺死。這些結果證明了GBOs在快速檢測抗原特異性CAR-T細胞對培養物中內源性靶點的治療反應方面的實用性。
圖5
02、編者點評
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”四位一體的綜合技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特類器官平臺已成功搭建多種腫瘤及正常類器官的培養平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！
參考文獻
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