癌症是一种严重威胁人类健康的疾病，需要不断地开发新的有效治疗方法。为了提高癌症药物发现的效率和准确性，需要建立能够模拟患者肿瘤特征的实验模型。目前，最具预测性的转化肿瘤学模型是由癌症干细胞（CSC）驱动的患者来源的异种移植物（PDX）和类器官（PDO）。PDX和PDO之间有很高的相似性和一致性，可以互为替代或互补。
冠科生物的李其翔博士团队利用已有的PDX库，通过体外培养和冻存技术，建立了一个包含超过550对不同癌症类型的PDX和PDXO（PDX来源的类器官）匹配对的生物库，并通过基因组、组织学和药理学分析验证了它们之间的相似性和一致性（图1-3）。
图1. 建立PDXO生物库并确定其特征。a）从西方和亚洲患者来源的PDX库中建立PDXO的工作流程示意图，并对入库模型进行特征分析。b）三个选定的PDXO模型（胰腺肿瘤、肺部肿瘤和黑色素瘤）的明视野（上图）和H&E染色（组织病理学，中图），显示囊性、紧密和葡萄状表型，以及匹配的PDX的H&E染色（下图）；c）来自9种不同癌症类型（结肠癌、肺癌、胃癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌、胆管癌、肝脏和膀胱）的59个匹配PDX/PDXO数据集的WES分析；d）来自11种癌症类型（结肠癌、肺癌、胃癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌、胆管癌、肝脏、膀胱、食管和黑色素瘤）83个匹配PDX/PDXO数据集的RNAseq表达分析，显示中值。
图2. PDXO 384孔板测定法具有高度的可靠性、稳健性，适合HTS。a）由溶媒/阳性对照的发光比率定义的129个PDXO品系的信噪比；b）384孔格式的138个PDXO模型的板内分析的Z-prime；c）板间分析。d）不同癌症类型的多个模型的SOC反应；e）胰腺PDXO（PA2847、PA5389和PA1252）对吉西他滨（♦）、MK1775（▲）和MK8776（●）的剂量反应；f）在PA2847 PDXO模型中，通过Bliss数学模型对吉西他滨+MK1775（左）或吉西他滨+MK1775 MK8776（右）的协同作用评分的三维反应面图。
图3. 体外PDXO和体内PDX药理学之间的高度相关性。a）NSCLC LU1235（EGFR激活19号外显子缺失）PDXO对厄洛替尼和AZD9291的剂量反应，以确定绝对IC50值和最大抑制作用；b）在30个PDXO/PDX配对的数据集（左侧）中，匹配PDXO体外和PDX体内反应，以确定PDXO对PDX反应的预测能力。体外和体内敏感/反应或抗性/无反应的标准显示在右图上。c）厄洛替尼在NSCLC LU2512（EGFR野生型）PDX体内的生长和治疗反应，PDXO体外和PDXO异种移植体内。d）三个模型（从上到下；肺癌LU2512、肝癌LI0612和胃癌GA0019）的H&E染色，作为PDX、PDXO或PDXO生长。
作者还展示了这个生物库在癌症药物发现中的多种应用，包括：利用PDXO进行高通量筛选（HTS），寻找最有效的候选药物或适应症（图2）；利用工程化技术，使PDXO和PDX具有体内外成像能力，方便观察肿瘤生长和转移（图4）；利用PDXO进行机制解析，探索药物作用靶点和信号通路；利用PDXO与免疫细胞共培养，评价免疫治疗的效果（图5）。
图4. 类器官工程使荧光素酶标记的PDXO可以进行实时跟踪。a）LI6664-luc PDXO的体内皮下成像；b）皮下LI6664-luc PDXO异种移植形态和对克唑替尼的治疗反应。c） 植入肝脏的正位LI6664-luc PDXO的实时光学成像，以确定肝脏中的生长动力学，每天成像的代表小鼠图像。
图5. PDXO与免疫细胞的共培养。a）通过与PBMCs和Herceptin™共培养确定ADCC介导的对HER2+卵巢肿瘤类器官OV0250的杀伤力，并通过流式细胞仪进行量化；b）与免疫细胞或作用机制和不同类型的终点读出的共培养系统示意图；c）CAR-T细胞介导的对肝癌类器官的特异性杀伤，该类器官被设计为同时表达人类CD19和荧光素酶或仅表达荧光素酶，与CD19 CAR-T细胞以1：10的比例培养2天，用荧光素酶的活性来跟踪类器官的生长/杀伤。代表性的明视野图像显示了LI6677-CD19-luc PDXO或LI6677-luc PDXO在不同时间点的共培养的形态变化。d）EpCAM+胃癌类器官与EpCAM-CAR-T细胞共培养，与EpCAM-黑色素瘤类器官相比，通过d）IFNγ和e）颗粒酶B ELISA在24和48小时内测量，导致CAR-T细胞活化/介导的杀伤。
作者还展示了这个生物库在癌症药物发现中的多种应用，包括：利用PDXO进行高通量筛选（HTS），寻找最有效的候选药物或适应症（图2）；利用工程化技术，使PDXO和PDX具有体内外成像能力，方便观察肿瘤生长和转移（图4）；利用PDXO进行机制解析，探索药物作用靶点和信号通路；利用PDXO与免疫细胞共培养，评价免疫治疗的效果（图5）。
图1. 建立PDXO生物库并确定其特征。a）从西方和亚洲患者来源的PDX库中建立PDXO的工作流程示意图，并对入库模型进行特征分析。b）三个选定的PDXO模型（胰腺肿瘤、肺部肿瘤和黑色素瘤）的明视野（上图）和H&E染色（组织病理学，中图），显示囊性、紧密和葡萄状表型，以及匹配的PDX的H&E染色（下图）；c）来自9种不同癌症类型（结肠癌、肺癌、胃癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌、胆管癌、肝脏和膀胱）的59个匹配PDX/PDXO数据集的WES分析；d）来自11种癌症类型（结肠癌、肺癌、胃癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌、胆管癌、肝脏、膀胱、食管和黑色素瘤）83个匹配PDX/PDXO数据集的RNAseq表达分析，显示中值。
图2. PDXO 384孔板测定法具有高度的可靠性、稳健性，适合HTS。a）由溶媒/阳性对照的发光比率定义的129个PDXO品系的信噪比；b）384孔格式的138个PDXO模型的板内分析的Z-prime；c）板间分析。d）不同癌症类型的多个模型的SOC反应；e）胰腺PDXO（PA2847、PA5389和PA1252）对吉西他滨（♦）、MK1775（▲）和MK8776（●）的剂量反应；f）在PA2847 PDXO模型中，通过Bliss数学模型对吉西他滨+MK1775（左）或吉西他滨+MK1775 MK8776（右）的协同作用评分的三维反应面图。
图3. 体外PDXO和体内PDX药理学之间的高度相关性。a）NSCLC LU1235（EGFR激活19号外显子缺失）PDXO对厄洛替尼和AZD9291的剂量反应，以确定绝对IC50值和最大抑制作用；b）在30个PDXO/PDX配对的数据集（左侧）中，匹配PDXO体外和PDX体内反应，以确定PDXO对PDX反应的预测能力。体外和体内敏感/反应或抗性/无反应的标准显示在右图上。c）厄洛替尼在NSCLC LU2512（EGFR野生型）PDX体内的生长和治疗反应，PDXO体外和PDXO异种移植体内。d）三个模型（从上到下；肺癌LU2512、肝癌LI0612和胃癌GA0019）的H&E染色，作为PDX、PDXO或PDXO生长。
作者还展示了这个生物库在癌症药物发现中的多种应用，包括：利用PDXO进行高通量筛选（HTS），寻找最有效的候选药物或适应症（图2）；利用工程化技术，使PDXO和PDX具有体内外成像能力，方便观察肿瘤生长和转移（图4）；利用PDXO进行机制解析，探索药物作用靶点和信号通路；利用PDXO与免疫细胞共培养，评价免疫治疗的效果（图5）。
图4. 类器官工程使荧光素酶标记的PDXO可以进行实时跟踪。a）LI6664-luc PDXO的体内皮下成像；b）皮下LI6664-luc PDXO异种移植形态和对克唑替尼的治疗反应。c） 植入肝脏的正位LI6664-luc PDXO的实时光学成像，以确定肝脏中的生长动力学，每天成像的代表小鼠图像。
图5. PDXO与免疫细胞的共培养。a）通过与PBMCs和Herceptin™共培养确定ADCC介导的对HER2+卵巢肿瘤类器官OV0250的杀伤力，并通过流式细胞仪进行量化；b）与免疫细胞或作用机制和不同类型的终点读出的共培养系统示意图；c）CAR-T细胞介导的对肝癌类器官的特异性杀伤，该类器官被设计为同时表达人类CD19和荧光素酶或仅表达荧光素酶，与CD19 CAR-T细胞以1：10的比例培养2天，用荧光素酶的活性来跟踪类器官的生长/杀伤。代表性的明视野图像显示了LI6677-CD19-luc PDXO或LI6677-luc PDXO在不同时间点的共培养的形态变化。d）EpCAM+胃癌类器官与EpCAM-CAR-T细胞共培养，与EpCAM-黑色素瘤类器官相比，通过d）IFNγ和e）颗粒酶B ELISA在24和48小时内测量，导致CAR-T细胞活化/介导的杀伤。
作者还展示了这个生物库在癌症药物发现中的多种应用，包括：利用PDXO进行高通量筛选（HTS），寻找最有效的候选药物或适应症（图2）；利用工程化技术，使PDXO和PDX具有体内外成像能力，方便观察肿瘤生长和转移（图4）；利用PDXO进行机制解析，探索药物作用靶点和信号通路；利用PDXO与免疫细胞共培养，评价免疫治疗的效果（图5）。
文章来源：
https:/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36822598/
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