2022年2月，由Katrin P. Guillen為第一作者，在《Nature cancer》雜志發(fā)表題為《A human breast cancer-derived xenograft and organoid platform for drug discovery and precision oncology》的文章。該團(tuán)隊工作提供了一大型臨床相關(guān)的資源，用于配對體內(nèi)和體外人源性乳腺癌模型，且這些模型可用于藥物篩選和發(fā)現(xiàn)，該方法也有利于在臨床護(hù)理下實時進(jìn)行功能性精準(zhǔn)醫(yī)療。為人類乳腺癌精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和藥物開發(fā)提供了寶貴的方法和資源。

人類癌癥的異質(zhì)性限制了藥物治療的成功。人類患者來源的異種移植物（PDX）模型，即把人類腫瘤植入免疫缺陷小鼠體內(nèi)并連續(xù)移植。無論是用于精確腫瘤學(xué)還是作為研究工具，PDX模型都受到高成本和低通量的限制。人類患者來源的類器官（PDOs）與其親代腫瘤表現(xiàn)出很強(qiáng)的生物學(xué)保真度，包括一致的藥物反應(yīng)，并已被開發(fā)用于許多癌癥類型?；蚪M檢測正在成為個性化癌癥治療的主流。積累的數(shù)據(jù)表明，使用人類衍生模型的功能測試可能在單獨的基因組學(xué)方面具有明顯的優(yōu)勢。雖然藥物反應(yīng)通常與基因組發(fā)現(xiàn)相關(guān)，但在一半的病例中，盡管有相似的驅(qū)動突變但功能篩選發(fā)現(xiàn)了不同的藥物反應(yīng)。

許多關(guān)于乳腺癌的遺傳和表觀遺傳學(xué)驅(qū)動因素正在被發(fā)現(xiàn)，主要的醫(yī)療需求——轉(zhuǎn)移性乳腺癌中，分子的異質(zhì)性是巨大的，且阻礙了成功的治療方法的發(fā)展。數(shù)百種用于乳腺癌的PDX模型已經(jīng)被構(gòu)建。然而，仍然缺乏代表最致命乳腺癌的模型：耐藥、轉(zhuǎn)移性腫瘤、內(nèi)分泌耐藥雌激素受體陽性（ER+）和HER2+腫瘤。為了更好地了解不同乳腺癌亞型的治療的敏感性和耐藥性，有必要建立一個更大的晚期乳腺癌模型和體外這些腫瘤傳播方法的生物樣本庫。

首先，作者團(tuán)隊構(gòu)建了代表最大研究需求的乳腺癌類型——內(nèi)分泌耐藥腫瘤、ER+和HER2+共表達(dá)、異常侵襲性（例如化生）、耐藥和原發(fā)轉(zhuǎn)移或來自同一個體的縱向樣本的PDX模型，總體“構(gòu)建率”為29%。通過免疫組化（IHC）驗證PDXs的乳腺上皮標(biāo)記物和人線粒體為陽性，而小鼠和人淋巴瘤標(biāo)記物CD45為陰性。ER、孕激素受體（PR）和HER2染色與原發(fā)腫瘤和/或臨床病理報告一致?；蚪M學(xué)分析顯示，PDXs最常見的變異是TP53和PIK3CA，團(tuán)隊收集的基因包含了所有常見的乳腺癌亞型。轉(zhuǎn)移亞系保留了相同的基因組驅(qū)動突變。并與親本PDX系具有相似的基因表達(dá)譜。（圖1）

該團(tuán)隊建立并維持了所有標(biāo)準(zhǔn)的ER+ PDX系。通過嘗試在沒有雌二醇（E2）的去卵巢小鼠中培養(yǎng)已建立的PDX，來檢測每個ER+ PDX的雌激素依賴性。轉(zhuǎn)移性乳腺癌中的雌激素獨立性被歸因于ESR1的突變，它編碼ERα。該團(tuán)隊采用滴式數(shù)字PCR（ddPCR）檢測熱點突變（Y537S/Y537C/Y537N和D538G）在ER+模型中ESR1的突變狀態(tài)。來自7個個體的9個轉(zhuǎn)移性ER+ PDXs中有5個含有ESR1突變。在兩例人類樣本中未檢測到ESR1突變，但在匹配的PDX（DNA和RNA）樣本中檢測到<10%的Y537S突變的頻率。在人類樣本中，ESR1突變的異質(zhì)性已被報道，在PDXs中也有類似的異質(zhì)性。說明雌激素非依賴性的HCI-032亞系（HCI-032EI）的選擇并沒有導(dǎo)致任何ESR1突變。（圖2）

同時該團(tuán)隊優(yōu)化了維持PDXOs長期生長的條件。作者團(tuán)隊以HCI-002作為測試模型，通過測量活細(xì)胞在孔中所占據(jù)的面積、類器官的形態(tài)和細(xì)胞內(nèi)ATP的含量，測試在類器官培養(yǎng)中經(jīng)常使用的添加劑，來評估PDXO的生長。該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)Rho激酶抑制劑（Y-27532）足以支持HCI-002 PDxOs在初始培養(yǎng)15d后的生長。為了確定ER+ PDXOs長期發(fā)展的額外需求，該團(tuán)隊使用HCI-011作為測試用例，在Y-27632存在的情況下，n-乙酰半胱氨酸（NAC）、油酸或堿性成纖維細(xì)胞生長因子的加入促進(jìn)了HCI-011解離后的生長。因此得出結(jié)論，ER+ PDxOs的最佳培養(yǎng)基包括基礎(chǔ)培養(yǎng)基加上堿性成纖維細(xì)胞生長因子和NAC。

隨后該團(tuán)隊通過在常規(guī)的ER+ PDXO培養(yǎng)基中培養(yǎng)ER+ PDXOs，并將這些條件與含有木炭剝離胎牛血清（以去除E2）的培養(yǎng)基進(jìn)行比較，檢測了長期ER+ PDXO培養(yǎng)的雌激素反應(yīng)性。發(fā)現(xiàn)E2也能刺激PDXOs的存活和生長。長期培養(yǎng)的三個代表性ER+ PDXO系作為PDXO異種移植物移植到小鼠后，對選擇性ER降解物氟維司特有反應(yīng)。這些數(shù)據(jù)表明，長期的ER+ PDXO培養(yǎng)在體內(nèi)外維持功能性ER并保持內(nèi)分泌敏感性。

即使是每種亞型最優(yōu)的生長條件，一些PDXOs也很難建立。一旦每某個品系被證實是人類乳腺癌，沒有小鼠細(xì)胞，并且可靠地可傳代，則認(rèn)為它就是被“構(gòu)建”了。（圖3）

該團(tuán)隊對幾個PDXO株系進(jìn)行了深入的表征，以確定它們作為類器官長期繁殖后是否保留了原來的特性。通過蘇木精和伊紅（H&E）染色和IHC與人特異性波形蛋白、Ki67和人特異性細(xì)胞角蛋白8（CAM5.2）特異性抗體來評估類器官形態(tài)，發(fā)現(xiàn)不同培養(yǎng)時間后移植的PDXO與它們的來源的PDXs相似。

然后該團(tuán)隊對對早期和晚期傳代匹配PDXs和PDXOs（11組ER+和TNBC模型）的模型進(jìn)行進(jìn)一步的基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)個體樣本、PDX和PDXO模型之間的高度一致性。這些數(shù)據(jù)表明，總的來說，在人類腫瘤中觀察到的主要突變驅(qū)動因素在不同傳代的模型中保持不變。為了檢驗在體內(nèi)和體外傳代后的模型中是否發(fā)生了總CN變化，該團(tuán)隊使用單核苷酸多態(tài)性（SNP）陣列評估了早期和晚期傳代模型與它們匹配的人類腫瘤，觀察到，與來自不同個體的模型相比樣本和他們的模型之間的高度相關(guān)性。這一結(jié)果支持了從人類樣本到其模型的總CN保護(hù)。這些數(shù)據(jù)顯示，與常用的細(xì)胞系相比，人類來源的模型更類似于它們的原始腫瘤。

隨后，該團(tuán)隊開發(fā)了PDXOs的藥物篩選方案，即將類器官接種384孔板，進(jìn)行4天藥物反應(yīng)試驗，使用GR50（模擬的半最大調(diào)節(jié)生長的濃度）和GRaoc（劑量-反應(yīng)曲線上的面積）對類器官藥物敏感性和細(xì)胞毒性做出評價。正如預(yù)期的那樣，某些藥物對特定的乳腺癌亞型表現(xiàn)出了選擇性的作用。分析結(jié)果顯示，細(xì)胞毒性化療對TNBC細(xì)胞系的活性高于非TNBC細(xì)胞系，而PI3K、AKT和mTOR抑制劑在ER+和/或HER2+系中的活性高于TNBC。為了進(jìn)一步研究PDXOs的藥物反應(yīng)與PDXs的反應(yīng)反應(yīng)如何，作者團(tuán)隊選擇了在PDXO系中表現(xiàn)出非常獨特的反應(yīng)或耐藥模式的藥物。在7個PDX系上測試了比利那潘特，預(yù)測其敏感性范圍。（圖4）

接下來，該團(tuán)隊研究了藥物組合是否可以使用協(xié)同矩陣在PDXO培養(yǎng)中有效地測試藥物組合。在體外卵巢癌細(xì)胞中，雙利那帕坦與SN-38（前藥伊立替康的活性代謝物）之間存在潛在的協(xié)同作用。分別和聯(lián)合使用這兩種藥物，作者團(tuán)隊確定這種協(xié)同作用在乳腺癌PDXOs中也很明顯。結(jié)果表明，PDXOs可以準(zhǔn)確地預(yù)測PDXs中的藥物反應(yīng)，并可用于識別新的乳腺癌治療方案。（圖5）

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最后為了說明PDXO藥物篩查可以為臨床護(hù)理提供信息，該團(tuán)隊介紹了一個43歲的IIA期TNBC患者的病例。該團(tuán)隊解凍了與之相對應(yīng)的類器官，篩選了美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)的實驗藥物庫，并在PDX模型上進(jìn)行了全基因組測序和批量和單細(xì)胞RNA測序。兩種FDA批準(zhǔn)的乳腺癌藥物，艾日布林和塔拉唑帕利，成為了很有希望的候選藥物。通過三次劑量后停止治療和動物腫瘤復(fù)發(fā)來測試對艾日布林反應(yīng)的持久性。在所有小鼠中，單劑量艾日布林再治療后沒有復(fù)發(fā)或完全消退。將研究結(jié)果送回了診所，患者服用艾日布林后，肝轉(zhuǎn)移持續(xù)完全緩解近5個月，盡管患者的肝轉(zhuǎn)移和腹水在艾日布林上完全消失。停用艾日布林，隨后進(jìn)行放射治療。在停止全身治療時，肝轉(zhuǎn)移仍緩解了兩個月?；颊叻冒詹剂趾鬅o進(jìn)展生存期（PFS）和下一次系統(tǒng)治療時間（TTNT）是之前治療的PFS和TTNT的3.5倍和4.8倍。結(jié)果表明，PDXOs的功能藥物測試是可行的，并可以在臨床護(hù)理中實時提供有益的結(jié)果。