頭頸部癌（HNC）是指發(fā)生于上呼吸道及上消化道腫瘤的統(tǒng)稱，在我國(guó)男性中的發(fā)生率為第六位，死亡率為第七位，包括口腔癌、喉癌、咽癌以及唾液腺癌，因此，頭頸部所發(fā)生的腫瘤，其原發(fā)部位和病理類型之多，居全身腫瘤之首。最常見的HNC是頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（HNSCC）。HNSCC通常與大量吸煙和飲酒有關(guān)。HNSCC目前的常規(guī)治療手段包括手術(shù)、放療（RT）或放化療（CRT）等。

然而，在人群水平上檢測(cè)到生物標(biāo)志物和藥物反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，由于腫瘤異質(zhì)性的存在，并不能保證每一患者個(gè)體對(duì)藥物的反應(yīng)性符合預(yù)期，因此臨床往往采用精準(zhǔn)醫(yī)療進(jìn)行對(duì)策，從而精確尋找到疾病的原因和治療的靶點(diǎn)，并對(duì)疾病不同狀態(tài)和過(guò)程進(jìn)行分子分型和機(jī)制研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病和特定患者進(jìn)行個(gè)性化治療。

但是模型的缺乏導(dǎo)致了治療技術(shù)的停滯。臨床前測(cè)試的大多數(shù)體外模型不能再現(xiàn)生物標(biāo)志物在原始腫瘤的遺傳異質(zhì)性。因此，迫切需要在更準(zhǔn)確的模型中驗(yàn)證潛在的生物標(biāo)志物，以更好地反映患者的異質(zhì)性。而患者來(lái)源的腫瘤類器官則填補(bǔ)了這一空白，并與高效的基因編輯工具如CRISPR-Cas9相結(jié)合，以驗(yàn)證基因生物標(biāo)志物對(duì)藥物反應(yīng)的影響，助力藥物研發(fā)與精準(zhǔn)醫(yī)療。

2023年5月12日，來(lái)自荷蘭Hubrecht 研究所的Hans Clevers及其團(tuán)隊(duì)在Cell出版社旗下子刊《Med》發(fā)表題為“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腫瘤的病理組織學(xué)特征、分子特征的類器官樣本庫(kù)不僅可用于預(yù)測(cè)臨床藥物治療、放射療法等的反應(yīng)，且與CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)結(jié)合的類器官樣本庫(kù)可用于驗(yàn)證生物標(biāo)志物對(duì)藥物反應(yīng)的影響，并提出了一種利用類器官結(jié)合CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)來(lái)探索靶向治療中的生物標(biāo)志物潛力的新策略。

首先，研究團(tuán)隊(duì)從2019年到2022年，在常規(guī)手術(shù)切除或活檢過(guò)程中收集了354份組織樣本。隨后，他們對(duì)組織進(jìn)行處理以生成類器官，由此構(gòu)建出包含有110例來(lái)自不同解剖位置和組織學(xué)癌癥亞型的HNC患者的類器官樣本庫(kù)，其中除從HNSCC中衍生出的類器官外，還包含有較不常見的HNC如：唾液腺腫瘤、腸型腺癌（ITAC）和范可尼貧血引起的HNSCC。總體復(fù)蘇效率可達(dá)70.9%。

進(jìn)一步的，為了評(píng)估在已建立的類器官模型中是否保留了HNC的組織病理學(xué)特征，作者對(duì)HNC標(biāo)記物進(jìn)行了免疫組化染色，來(lái)自HPV+腫瘤組織的類器官，再現(xiàn)了原始組織中泛細(xì)胞角蛋白AE1AE3（上皮細(xì)胞標(biāo)記物）、細(xì)胞角蛋白13（CK13；分化鱗狀細(xì)胞標(biāo)記物）、p63（基底細(xì)胞標(biāo)記物）和p16的表達(dá)（HPV感染的替代標(biāo)記物）。另外，作者通過(guò)靶向二代測(cè)序（NGS；n = 5）或全外顯子組測(cè)序（WES，n = 30）對(duì)35個(gè)類器官培養(yǎng)物進(jìn)行測(cè)序。通過(guò)對(duì)已知的癌相關(guān)基因TP53、NOTCH1、PIK3CA、FAT1和APOB的檢測(cè)，確認(rèn)出有27個(gè)生成的類器官來(lái)自腫瘤細(xì)胞，而非來(lái)自腫瘤鄰近的非癌上皮細(xì)胞。拷貝數(shù)變異等數(shù)據(jù)也進(jìn)一步說(shuō)明HNC腫瘤類器官的遺傳分子特征與它們來(lái)源的組織的一致性。

進(jìn)一步的，作者通過(guò)檢測(cè)計(jì)算將類器官暴露于不同梯度輻射下的半抑制濃度、AUC和GR50等指標(biāo)，研究了類器官的對(duì)原發(fā)性HNSCC患者臨床反應(yīng)的預(yù)測(cè)潛力。此外，作者還進(jìn)一步地評(píng)估了順鉑、卡鉑和西妥昔單抗在患者來(lái)源的類器官中的放射增敏潛力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明這些藥物的放射增敏能力在不同患者間存在一定的異質(zhì)性。且與鉑類化合物相比，EGFR抑制劑西妥昔單抗的存在降低了RT的作用。這些數(shù)據(jù)符合所觀察到的接受西妥昔單抗+ RT治療的患者生存期較差的情況，并強(qiáng)調(diào)了類器官模型在臨床實(shí)施前評(píng)估聯(lián)合治療的價(jià)值。

隨后，作者研究了PIK3CA突變作為阿培西布(alpelisib)反應(yīng)的生物標(biāo)志物，但在多例臨床試驗(yàn)中觀察到對(duì)阿培利西布治療的反應(yīng)存在異質(zhì)性的問(wèn)題，作者通過(guò)CRISPR單堿基編輯技術(shù)，向兩個(gè)類器官模型中引入了單堿基突變，實(shí)現(xiàn)了PIK3CA突變中最常見的E545K激活突變。隨后測(cè)試其敏感性。與同基因野生型相比，攜帶PIK3CA突變的模型對(duì)alpelisib的敏感性增加。然而，來(lái)自不同患者的培養(yǎng)物之間的反應(yīng)差異大于等位基因之間觀察到的差異。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了類器官在驗(yàn)證特定生物標(biāo)志物的價(jià)值方面的潛力以及在相關(guān)患者異質(zhì)性的背景下的藥物敏感性。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶5抑制劑EZP01556的敏感性與HNSCC類器官中的細(xì)胞周期依賴性激酶抑制分子CDKN2A狀態(tài)相關(guān)聯(lián)時(shí)，CDKN2A缺失模型顯示對(duì)該藥物的敏感性增加。

總之，該研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)覆蓋不同解剖位置或組織學(xué)癌癥亞型的，且與原始腫瘤的組織病理學(xué)特征、遺傳特征一致的頭頸癌患者腫瘤類器官生物樣本庫(kù)。并基于此驗(yàn)證了順鉑和卡鉑在放射治療中的增敏潛力，以及西妥昔單抗在放療增敏中的較弱作用。此外，作者還提出了一種利用類器官結(jié)合CRISPR-Cas9單堿基編輯技術(shù)來(lái)探索癌癥治療靶點(diǎn)的生物標(biāo)志物潛力的新策略，并提出在細(xì)胞周期依賴性激酶抑制分子CDKN2A缺失的頭頸癌患者中，蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶5抑制劑EZP01556可作為其潛在治療選擇。

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