（一）摘 要

基于腫瘤類器官的藥物敏感性預(yù)測是一種新的精準醫(yī)學(xué)方法，在癌癥治療中有著廣泛的應(yīng)用，并受到越來越多的關(guān)注。在癌癥領(lǐng)域，傳統(tǒng)的類器官培養(yǎng)方法通常需要超過2周~3周的培養(yǎng)期。培養(yǎng)時間極大地限制了腫瘤類器官應(yīng)用和患者的臨床診療黃金期。

全國建院較早的六所腫瘤醫(yī)院之一，山西省腫瘤醫(yī)院/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院山西醫(yī)院/山西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院和自貢第四人民醫(yī)院等，應(yīng)用了英國Kirkstall動態(tài)類器官培養(yǎng)微生理系統(tǒng)，以縮短乳腺癌類器官的培養(yǎng)時間，同時保持其組織學(xué)特性和藥物敏感性特征。

（二）研 究 發(fā) 現(xiàn)

利用奧拉帕尼、卡培他濱、順鉑、吉西他濱、戈沙妥珠單抗（SN-38替代品）和法瑪新藥物霉素對Dome組類器官進行藥物刺激研究。三種類器官模型顯示對藥物霉素敏感，并顯示了人類使用的良好治療結(jié)果。其中，BC1和BC2患者在乳房切除術(shù)后給予藥物阿霉素化療，隨訪10個月時未發(fā)現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)。BC3患者采用藥物霉素進行新輔助治療，治療6個周期后，腫瘤大小從2.41*1.91 cm到1.46*1.24 cm。

（三）乳腺癌類器官的培養(yǎng)關(guān)鍵實驗步驟

1. 組織收集：

- 從三名患有浸潤性導(dǎo)管乳腺癌的患者身上獲取腫瘤組織樣本。

- 樣本采集經(jīng)山西省級癌癥醫(yī)院倫理委員會審查和批準（記錄號KY2023039）。

- 所有研究方法均使用獲批的方法進行。

- 所有樣本的收集均獲得了患者的書面知情同意，并符合所有相關(guān)的倫理規(guī)定，包括赫爾辛基宣言。

- 組織樣本在處理和分析前進行了去標識化處理。

2. 建立和培養(yǎng)乳腺癌類器官：

- 從組織中去除明顯的結(jié)締組織，從視覺上異常的區(qū)域切取一塊組織用于石蠟包埋。

- 將剩余組織切成大約1mm3的小塊，并使用含有10µM Y-27632和2mg/mL I型膠原酶的先進DMEM/F12在37°C恒溫搖床中分散。

- 搖動30分鐘到1小時，期間每5到10分鐘用Pasteur吸管吹打幾次。

- 向收集的濾液中加入等體積的含有2% FCS的先進DMEM/F12。

- 離心后，用Matrigel重懸細胞沉淀，并在24孔細胞培養(yǎng)板中每滴40µL進行接種。

- 在37°C下孵育20分鐘，待滴液固化后，加入500µL的乳腺癌類器官培養(yǎng)基（KCJ-7, KINGBIO）并繼續(xù)在37°C 5%CO2條件下培養(yǎng)。

- 每3天更換一次培養(yǎng)基。

- 每7-15天消化并傳代一次，使用Dispase II（17105041, Gibco）回收類器官，并使用Accutase（A1110501, Gibco）將類器官解離成單細胞。

3. 實驗前準備：

- 實驗所用的乳腺癌類器官應(yīng)高于兩代且低于五代。

- 使用英國Kirkstall Quasi Vivo® 動態(tài)系統(tǒng)進行流體培養(yǎng)。

- 實驗前將類器官解離成單細胞，并在每100µL Matrigel中接種20000個細胞。

4. 免疫組化染色：

- 使用常規(guī)方法進行組織和類器官的固定、石蠟包埋、切片、HE染色和IHC染色。

- 用于免疫組化染色的抗體包括PR（Abcam, ab32085）、ER（Abcam, ab108398）、HER2（Abcam, ab134182）、CK7（Abcam, ab181598）、GATA3（Abcam, ab199428）、E-cadherin（Abcam, ab40772）、Ki-67（Abcam, ab15580）。

- 使用Nikon ECLIPSE E100顯微鏡MshOt MS60獲取圖像，并使用Adobe Photoshop進行圖像處理。

5. 基因表達分析：

- 通過RT-qPCR測量基因表達水平。

- 使用Trizol（beyotime, R0016）提取總RNA，使用PrimeScript RT Master Mix（TaKaRa, RR036A）進行逆轉(zhuǎn)錄，并使用TB Green Advantage qPCR premixes（TaKaRa, 639676）進行qPCR反應(yīng)。

6. 類器官增殖實驗：

- 使用Alamar Blue（YEASEN, 40202ES80）進行類器官增殖實驗。

- 將染料溶液按比例加入類器官培養(yǎng)基中，反應(yīng)時間為3小時。

- 在檢測期間，將染料溶液移入96孔板中，使用無內(nèi)容物的凝膠滴在24孔板中作為陰性對照進行染色，并使用100%降低的Alamar Blue溶液作為陽性對照。

- 讀取595nm和630nm處的吸光度值，并根據(jù)制造商的說明計算降低率。

7. 類器官直徑測量：

- 隨機選擇100倍視野下的3個視野，測量并計數(shù)視野內(nèi)所有清晰可見的類器官。

- 每5天測量一次。

8. 藥物篩選：

- 使用CellTiter-Glo（Promega, G9241）對類器官進行藥物敏感性分析。

- 這些藥物包括奧拉帕尼（HY-10162, MCE）、卡培他濱（5'-氟尿嘧啶替代品）（100187, National Institutes for Food and Drug Contro）、順鉑（S1166, selleck）、吉西他濱（100622, National Institutes for Food and Drug Contro）、（HY-13704, MCE）和（130560, National Institutes for Food and Drug Contro）。

- 使用Dispase II收集類器官。使用Accutase將類器官消化成單細胞。

- 在含有5% Matrigel的類器官培養(yǎng)基的384孔板中每孔接種1,000個細胞。

- 培養(yǎng)過夜后，加入藥物庫存溶液。

- 藥物孵育3天后，使用CellTiter-Glo檢測法根據(jù)制造商的說明定量細胞活性。

9. 統(tǒng)計分析：

- 數(shù)據(jù)以均值±標準差表示。使用Shapiro-Wilk檢驗進行正態(tài)性檢驗。

- 使用雙尾學(xué)生t檢驗、Wilcoxon檢驗和Kruskal-Wallis檢驗進行比較分析。

- p < 0.05表示顯著，除非另有說明。

- 星號數(shù)量表示不同程度的統(tǒng)計顯著性（*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001）。

- 所有數(shù)據(jù)分析和圖形均使用GraphPad Prism 8進行。

這些步驟概述了從樣本收集到類器官培養(yǎng)、藥物篩選和數(shù)據(jù)分析的全過程。參考文獻：Jun Yang et al.Posted Date: March 15th, 2024 .DOI

（四）討論與展望

在這篇文章中，作者闡述了microfluidic systems在癌癥類器官培養(yǎng)中的應(yīng)用，這些應(yīng)用展示了動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)系統(tǒng)在癌癥研究和治療開發(fā)中的潛力，特別是在模擬復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境和進行個性化醫(yī)療方面。

1. 模擬腫瘤微環(huán)境：動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)系統(tǒng)能夠創(chuàng)建一個模擬體內(nèi)腫瘤微環(huán)境的平臺，用于研究腫瘤細胞與微環(huán)境之間的相互作用。

2. 藥物篩選：動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)系統(tǒng)可以用來進行高通量的藥物篩選，通過集成的微流體通道和芯片模擬腫瘤與血管網(wǎng)絡(luò)的相互作用，評估藥物的輸送和腫瘤生長。

3. 癌癥進展研究：通過在動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)系統(tǒng)技術(shù)平臺上創(chuàng)建血管化腫瘤類器官模型，研究者可以觀察和分析腫瘤細胞的侵潤、血管生成以及腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。

4. 個性化醫(yī)療：動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)系統(tǒng)可以用于個性化醫(yī)療研究，通過模擬特定患者的腫瘤微環(huán)境，測試患者特異性的癌癥治療方法。

5. 提高實驗的標準化和可重復(fù)性：動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)系統(tǒng)有助于實現(xiàn)癌癥類器官培養(yǎng)的標準化，通過精確控制培養(yǎng)條件和環(huán)境參數(shù)，減少實驗之間的變異性。

6. 三維培養(yǎng)和細胞間相互作用：動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)系統(tǒng)可以支持三維細胞培養(yǎng)，允許研究者研究腫瘤細胞與非腫瘤細胞（如成纖維細胞、免疫細胞）之間的相互作用。

7. 長期培養(yǎng)和擴增：微流控類器官芯片微生理系統(tǒng)提供了一種方法，用于長期培養(yǎng)和擴增癌癥類器官，同時保持其遺傳和表型特征。如小編正在科普的英國Kirkstall Quasi Vivo培養(yǎng)系統(tǒng)

8. 模擬腫瘤的動態(tài)變化：通過該動態(tài)仿生類器官培養(yǎng)技術(shù)，可以模擬腫瘤在治療過程中的動態(tài)變化，包括對藥物的反應(yīng)和產(chǎn)生耐藥性。

9. 集成多個器官芯片：可以用于連接多個器官芯片（例如英國Kirkstall 智能自動化類器官芯片培養(yǎng)微生理系統(tǒng)），模擬多個器官之間的相互作用和藥物的全身效應(yīng)。

（五）附《2025年度國家自然科學(xué)基金項目指南》征訂通知