Cell子刊《Med》| 患者来源的头颈部肿瘤类器官助力靶向药物开发及精准医疗

头颈部癌（HNC）是指发生于上呼吸道及上消化道肿瘤的统称，在我国男性中的发生率为第六位，死亡率为第七位，包括口腔癌、喉癌、咽癌以及唾液腺癌，因此，头颈部所发生的肿瘤，其原发部位和病理类型之多，居全身肿瘤之首。最常见的HNC是头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）。HNSCC通常与大量吸烟和饮酒有关。HNSCC目前的常规治疗手段包括手术、放疗（RT）或放化疗（CRT）等。

然而，在人群水平上检测到生物标志物和药物反应之间的关联，由于肿瘤异质性的存在，并不能保证每一患者个体对药物的反应性符合预期，因此临床往往采用精准医疗进行对策，从而精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点，并对疾病不同状态和过程进行分子分型和机制研究，实现对疾病和特定患者进行个性化治疗。

但是模型的缺乏导致了治疗技术的停滞。临床前测试的大多数体外模型不能再现生物标志物在原始肿瘤的遗传异质性。因此，迫切需要在更准确的模型中验证潜在的生物标志物，以更好地反映患者的异质性。而患者来源的肿瘤类器官则填补了这一空白，并与高效的基因编辑工具如CRISPR-Cas9相结合，以验证基因生物标志物对药物反应的影响，助力药物研发与精准医疗。

2023年5月12日，来自荷兰Hubrecht 研究所的Hans Clevers及其团队在Cell出版社旗下子刊《Med》发表题为“Patient-derived head and neck cancer organoids allow treatment stratification and serve as a tool for biomarker validation and identification”的文章。

研究指出保留有原始肿瘤的病理组织学特征、分子特征的类器官样本库不仅可用于预测临床药物治疗、放射疗法等的反应，且与CRISPR-Cas9基因编辑技术结合的类器官样本库可用于验证生物标志物对药物反应的影响，并提出了一种利用类器官结合CRISPR-Cas9基因编辑技术来探索靶向治疗中的生物标志物潜力的新策略。

首先，研究团队从2019年到2022年，在常规手术切除或活检过程中收集了354份组织样本。随后，他们对组织进行处理以生成类器官，由此构建出包含有110例来自不同解剖位置和组织学癌症亚型的HNC患者的类器官样本库，其中除从HNSCC中衍生出的类器官外，还包含有较不常见的HNC如：唾液腺肿瘤、肠型腺癌（ITAC）和范可尼贫血引起的HNSCC。总体复苏效率可达70.9%。

进一步的，为了评估在已建立的类器官模型中是否保留了HNC的组织病理学特征，作者对HNC标记物进行了免疫组化染色，来自HPV+肿瘤组织的类器官，再现了原始组织中泛细胞角蛋白AE1AE3（上皮细胞标记物）、细胞角蛋白13（CK13；分化鳞状细胞标记物）、p63（基底细胞标记物）和p16的表达（HPV感染的替代标记物）。另外，作者通过靶向二代测序（NGS；n = 5）或全外显子组测序（WES，n = 30）对35个类器官培养物进行测序。通过对已知的癌相关基因TP53、NOTCH1、PIK3CA、FAT1和APOB的检测，确认出有27个生成的类器官来自肿瘤细胞，而非来自肿瘤邻近的非癌上皮细胞。拷贝数变异等数据也进一步说明HNC肿瘤类器官的遗传分子特征与它们来源的组织的一致性。

进一步的，作者通过检测计算将类器官暴露于不同梯度辐射下的半抑制浓度、AUC和GR50等指标，研究了类器官的对原发性HNSCC患者临床反应的预测潜力。此外，作者还进一步地评估了顺铂、卡铂和西妥昔单抗在患者来源的类器官中的放射增敏潜力。实验结果说明这些药物的放射增敏能力在不同患者间存在一定的异质性。且与铂类化合物相比，EGFR抑制剂西妥昔单抗的存在降低了RT的作用。这些数据符合所观察到的接受西妥昔单抗+ RT治疗的患者生存期较差的情况，并强调了类器官模型在临床实施前评估联合治疗的价值。

随后，作者研究了PIK3CA突变作为阿培西布(alpelisib)反应的生物标志物，但在多例临床试验中观察到对阿培利西布治疗的反应存在异质性的问题，作者通过CRISPR单碱基编辑技术，向两个类器官模型中引入了单碱基突变，实现了PIK3CA突变中最常见的E545K激活突变。随后测试其敏感性。与同基因野生型相比，携带PIK3CA突变的模型对alpelisib的敏感性增加。然而，来自不同患者的培养物之间的反应差异大于等位基因之间观察到的差异。这些结果强调了类器官在验证特定生物标志物的价值方面的潜力以及在相关患者异质性的背景下的药物敏感性。当蛋白质精氨酸甲基转移酶5抑制剂EZP01556的敏感性与HNSCC类器官中的细胞周期依赖性激酶抑制分子CDKN2A状态相关联时，CDKN2A缺失模型显示对该药物的敏感性增加。

总之，该研究团队构建了一个覆盖不同解剖位置或组织学癌症亚型的，且与原始肿瘤的组织病理学特征、遗传特征一致的头颈癌患者肿瘤类器官生物样本库。并基于此验证了顺铂和卡铂在放射治疗中的增敏潜力，以及西妥昔单抗在放疗增敏中的较弱作用。此外，作者还提出了一种利用类器官结合CRISPR-Cas9单碱基编辑技术来探索癌症治疗靶点的生物标志物潜力的新策略，并提出在细胞周期依赖性激酶抑制分子CDKN2A缺失的头颈癌患者中，蛋白质精氨酸甲基转移酶5抑制剂EZP01556可作为其潜在治疗选择。

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