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新技术科普|类器官的应用

发布时间 :2022-09-23 17:14 | 来源:本网

  个体化/精准医疗是未来的癌症新药研发和应用的发展方向,即针对不同的病人使用不同的方案以达到精准治疗的目的。大多数用于癌症治疗的药物具有较强毒副作用,若能因人施药,精准用药不仅能够减少药物对患者带来的毒副作用,提升治疗效果,而且还能极大的节约治疗成本,具有重大的现实意义与应用价值。

  
肿瘤精准治疗进入个体化时代
  近年来生物技术的不断发展,大大助力肿瘤的精准治疗。主要体现在,一是利用高通量基因测序发现肿瘤相关突变,寻找药物靶点;二是利用肿瘤模型测试靶向药物的敏感性。
  肿瘤类器官(PDO)药敏试验即是肿瘤精准治疗的一个优秀案例。PDO是伴随着干细胞与三维培养技术发展并进一步优化模拟体内培养条件的体外研究模型,即在一定的培养条件下利用成体细胞或干细胞(包括胚胎干细胞、成体干细胞、转分化干细胞等)的不同分化潜能,在体外培育出与体内组织器官高度相似的空间组织结构。
  类器官不仅保留了与体内器官高度相似的组织学、遗传学特点,同时形成的组织有干细胞增殖与分化潜能。2017年类器官技术被《Nature Methods》评选为生命科学领域的年度技术。2018年一篇Science文章报道,在预测抗癌药物的有效性上,肿瘤类器官具有100%的敏感性,93%的特异性,88%的阳性预测值及100%的阴性预测值,展现了极高的临床相关性。构建流程如图1所示。
  
图1类器官构建、培养、鉴定全流程图
  
PDO的应用和挑战
  1  通过类器官对发育和疾病进行建模
  研究人员可以通过类器官来模拟人类发育和疾病,它们的成分和结构也与原发组织相似,并且易于操作和冷冻保存。这意味着类器官可以用于研究源自干细胞的人体组织且难以通过动物模型模拟的人类疾病分析,研究人员仅需少量的起始物质即可培养类器官。
  2  干细胞类器官工程
  科学家已经开发了更精确的合成环境,通过用信号蛋白修饰基质的生物惰性区域,可以更好地控制干细胞的活性。类器官工程技术对于一些体内环境成分复杂、需要精确建模的发育研究特别有用。
  3  类器官与精准医学
  类器官具有巨大的治疗潜力,利用活检技术就可以培养与病人具有遗传相似性的类器官模型,同时意味着可以利用源自患者干细胞的类器官系统来进行个性化药物功效测试,为患者提供更加精准的治疗方法。如图2所示。
  
图2 类器官结合二代测序进行肿瘤药筛
  但目前仍存在一些挑战,例如并非所有癌症类型均具有相应类器官模型,同时也有待提高构建效率以及减少生成时间和成本等。最后,构建肿瘤类器官同时结合肿瘤微环境的模拟,使得对肿瘤进展的各个时期,各个方面的研究均可以在体外实现,并对于指导临床治疗具有重要指导作用,总的来说,该模型在未来的癌症治疗中具有广阔前景。
  我院内科研究室已初步掌握了肝癌、胆管癌、胃癌等类器官的构建、传代、药敏检测等技术,将进一步助力我院的科研和精准诊疗。
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