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基于患者来源肿瘤类器官模型开展癌症治疗靶点研究的系统化思路和验证思路!

发布时间:2026-06-25点击量:4
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本文从肿瘤类器官模型开展癌症治疗靶点研究思考出发,涵盖靶点初筛与临床验证、类器官模型构建、靶点定向调控、生物学功能验证、治疗转化潜力评估及机制探索六大核心环节。


候选靶点的生物信息学初筛与临床相关性验证



核心原则是:临床相关性优先生物学功能支撑,分为两个核心步骤:


1. 多维度生物信息学大数据初筛


首先通过公共肿瘤基因组与转录组数据库,完成候选靶点的初步锁定:

① 差异表达分析:通过 GEPIA、TCGA、GEO、Oncomine 等数据库,分析目标基因在肿瘤组织与配对正常组织中的 mRNA 表达差异,优先筛选在肿瘤组织中显著异常表达的基因;

② 预后相关性分析:结合生存数据,分析基因表达水平与患者总生存期(OS)、无病生存期(DFS)的相关性,锁定与肿瘤恶性进展、不良预后显著相关的基因;

③ 生物学功能合理性分析:结合目标瘤种的已知发病机制,筛选具有明确生物学功能、与肿瘤核心恶性表型相关的基因。



 BPTF 靶点的筛选为例,首先通过 GEPIA 数据库发现 BPTF 在 CCA 组织中 mRNA 表达显著高于正常胆管组织;同时结合 CCA 发病机制与染色质重塑基因(BAP1、ARID1A 等)突变密切相关的背景,而 BPTF 作为染色质重塑复合物的核心亚基,在肝癌、肠癌等瘤种中已被证实具有促癌作用,为靶点选择提供了坚实的机制合理性支撑,避免了盲目的差异基因筛选。


2. 临床样本的多水平验证

数据库初筛结果必须通过真实临床样本进行验证,明确靶点的临床病理意义:

① 表达水平验证:通过免疫组化(IHC)验证蛋白水平的表达差异,通过 RT-qPCR 验证 mRNA 水平的表达差异,样本量需满足统计学效力,同时纳入配对癌旁正常组织作为对照;

② 临床病理特征相关性分析:将靶点表达水平与患者的肿瘤分期、分级、淋巴结转移、分化程度等临床病理特征进行关联分析,明确靶点表达与肿瘤恶性程度的相关性;

③ 预后价值验证:通过 Kaplan-Meier 生存分析,验证靶点表达水平与患者预后的相关性,进一步锁定具有临床研究价值的候选靶点。


肿瘤类器官模型的构建与鉴定


类器官模型需建立 “标准化构建 - 多维度鉴定 - 稳定性验证” 的全流程质控体系。


1. 肿瘤类器官模型构建


核心是建立适配目标瘤种的培养体系,保证模型构建的成功率与稳定性:

① 临床样本的入组与预处理:明确样本入组标准(病理类型、新鲜度、无菌要求),样本离体后需在短时间内完成无菌处理,去除坏死组织与正常组织,优化酶消化体系(根据瘤种特性选择胶原酶、胰酶、分散酶的组合与消化时间),将组织解离为 50μm 左右的细胞簇;

② 三维培养体系建立:以基质胶为生长支架,优化基质胶浓度与包被方式,同时根据瘤种特性优化培养基配方,添加适配的生长因子组合(如 CCA 类器官培养需添加 EGF、R-spondin、Noggin、Wnt3a 等核心因子),严格控制培养环境与传代时机;

③ 细胞库建立:对构建成功的类器官进行传代扩增、冻存与复苏,建立稳定的类器官细胞库,保证实验的可重复性。


2. 类器官模型的多维度鉴定


核心是验证类器官与原发肿瘤的一致性,避免模型偏离导致的实验结果失真:

① 组织病理学鉴定:通过 HE 染色,对比类器官与原发肿瘤的组织结构、细胞形态、核异型性等病理特征,验证类器官是否保留了原发肿瘤的组织学特征;

② 肿瘤标志物鉴定:通过 IHC / 免疫荧光染色,检测肿瘤特异性上皮标志物、分化标志物的表达(如 CCA 类器官检测 CK7、CK19 胆管上皮标志物),验证类器官的组织来源与谱系特征;

③ 基因组学鉴定:通过全外显子测序(WES)、靶向测序等技术,对比类器官与原发肿瘤的核心驱动基因突变、拷贝数变异,验证类器官是否保留了原发肿瘤的核心遗传特征;

④ 长期培养稳定性鉴定:检测多代传代后类器官的形态、标志物表达、基因突变图谱的稳定性,排除长期培养导致的遗传漂变。


靶点基因定向调控类器官模型


在类器官中实现靶点基因的精准定向调控,需针对类器官的三维结构特性,优化基因递送与筛选体系:


1.基因调控方式与递送系统的选择


① 功能缺失(Loss of Function):是靶点验证的核心,优先选择慢病毒介导的 shRNA 干扰实现靶点稳定敲减,或通过 CRISPR/Cas9 系统实现靶点基因稳定敲除;

② 功能获得(Gain of Function):通过慢病毒 / 慢病毒载体实现靶点基因的稳定过表达,用于回补实验(Rescue Experiment)与机制验证。



重点针对类器官的三维特性优化递送条件:类器官的基因转导效率远低于二维细胞系,需优化类器官的消化状态(解离为单细胞或小细胞簇)、感染时的基质胶处理方式、polybrene 浓度、感染时间与感染复数(MOI),保证足够的转导效率。


2.阳性克隆筛选与调控效率验证

①建立双标签筛选体系,保证调控效率的均一性:采用荧光标签(GFP/RFP)联合抗生素抗性标签(嘌呤霉素、潮霉素),感染后通过荧光显微镜观察转导效率,再通过抗生素筛选获得稳定转导的阳性类器官。

②完成多水平的调控效率验证:通过 RT-qPCR 检测 mRNA 水平的敲减 / 过表达效率,通过 WB、IHC 检测蛋白水平的表达改变,同时检测脱靶效应,确保靶点调控的特异性;只有调控效率满足实验要求(通常敲减效率≥70%)的模型,方可用于后续功能实验。


基于类器官模型的靶点生物学功能验证


本环节旨在明确靶点在肿瘤发生发展中的生物学作用,需结合类器官的模型优势,围绕肿瘤核心恶性表型,建立多维度的功能验证体系:


1. 肿瘤细胞增殖与存活能力验证


这是靶点促癌作用的基础表型验证,核心实验包括:

① 时间梯度增殖实验:通过 CCK-8、CellTiter-Glo 等方法,检测靶点调控后类器官的细胞活力随培养时间的变化,明确靶点对肿瘤细胞增殖的影响;

② 增殖细胞比例检测:通过 EdU 掺入实验,直接检测靶点调控后类器官中增殖阳性细胞的比例,精准量化增殖能力的改变;

③ 凋亡与细胞周期检测:通过流式细胞术、TUNEL 染色等方法,检测靶点调控对肿瘤细胞凋亡、细胞周期分布的影响,明确靶点调控增殖的具体细胞学机制。


2.肿瘤干细胞特性与类器官形成能力验证


类器官形成的核心驱动力是肿瘤干细胞(CSCs),而 CSCs 是肿瘤发生、复发与耐药的核心细胞群体,这也是类器官模型相比二维细胞系的核心优势。核心实验包括:

① 类器官形成实验:通过显微镜视野下统计类器官形成的数量、直径与形成效率,明确靶点对肿瘤细胞克隆形成能力的影响;

② 极限稀释实验:检测靶点调控后肿瘤起始细胞的频率,量化靶点对肿瘤干细胞自我更新能力的影响;

③ 肿瘤干细胞标志物检测:通过 WB、流式、免疫荧光等方法,检测靶点调控后 CSCs 标志物的表达改变,进一步验证靶点对肿瘤干性的调控作用。


3.其他恶性表型的拓展验证


根据目标瘤种的生物学特性,可进一步拓展功能验证:

①3D 侵袭实验、Transwell 实验检测靶点对肿瘤细胞迁移侵袭能力的影响;

②血管生成实验检测靶点对肿瘤微环境重塑的作用;

③免疫细胞共培养体系,检测靶点对肿瘤免疫逃逸的调控作用,解析靶点的生物学功能。


治疗靶点的临床转化潜力验证


核心是验证靶点在肿瘤治疗耐药中的作用,以及其作为治疗靶点的可行性:


1.靶点对临床标准治疗药物敏感性的调控作用验证


针对目标瘤种的临床一线 / 二线治疗方案,开展药物敏感性实验:

① 梯度浓度药物处理:将靶点调控后的类器官与对照组类器官,暴露于梯度浓度的化疗药物、靶向药物中(如 CCA 的标准治疗方案吉西他滨联合顺铂),优化药物处理时间与浓度梯度;

② 细胞活力与 IC50 检测:药物处理后通过 CCK-8 等方法检测类器官活力,计算药物的半数抑制浓度(IC50),明确靶点调控后肿瘤对治疗药物的敏感性变化;

③ 联合治疗协同效应验证:若靶点抑制可增强药物敏感性,进一步通过金氏公式、CompuSyn 软件计算联合指数(CI),验证靶点抑制剂与常规治疗药物的协同增效作用,为临床联合用药方案提供理论依据。


靶点抑制剂的初步筛选与验证


针对具有明确成药潜力的靶点,开展药物筛选与验证:

① 若存在商业化的靶点抑制剂,直接在类器官模型上验证单药的抗肿瘤效果,以及与常规药物的联合作用;

② 若无商业化抑制剂,可通过分子对接虚拟筛选、小分子化合物库高通量筛选,在类器官模型上完成先导化合物的初筛与验证,加速靶向药物的研发进程。


靶点作用分子机制的探索与多模型交叉验证


明确靶点发挥生物学功能的分子机制,形成完整的 “靶点 - 表型 - 机制” 研究闭环:


1.基于靶点分子功能的机制聚焦


结合靶点的已知分子功能,锁定核心调控通路:如 BPTF 作为染色质重塑复合物的核心亚基,主要通过转录调控发挥生物学功能,因此可通过 RNA-seq 筛选靶点敲减后的差异表达基因,通过 ChIP-seq 筛选靶点的直接结合靶基因,构建靶点的转录调控网络,锁定其下游核心效应基因与信号通路。同时结合功能实验中观察到的核心表型(如增殖抑制、干性下调、化疗增敏),聚焦与表型直接相关的通路与靶基因,避免无差别的组学数据分析。


2.多模型交叉验证,提升结果可靠性


类器官模型的实验结果,需通过多模型交叉验证,形成完整的证据链:

① 二维细胞系模型:完成靶点调控的细胞功能与机制验证,实现实验的高通量重复;

② 体内动物模型:通过免疫缺陷小鼠的 CDX/PDX 模型,体内验证靶点敲减 / 抑制剂对肿瘤生长的抑制作用,以及对化疗药物的增敏效果,完成靶点成瘤作用的体内验证;

③ 临床样本回溯验证:通过临床队列样本,验证靶点表达与下游靶基因、通路活化水平的相关性,以及与患者临床治疗响应的相关性,完成从基础研究到临床现象的闭环验证。


研究过程质量把控与注意事项


建立严格的全流程质量控制体系,避免实验结果的假阳性与不可重复性:


1.肿瘤异质性的控制:肿瘤具有高度的瘤间与瘤内异质性,需纳入足够数量、覆盖不同病理亚型与基因突变背景的临床样本构建类器官模型,避免单一样本导致的结果偏倚;同时需在多例独立类器官模型中重复所有功能实验,保证研究结果的普适性。


2.实验设计的严谨性:所有实验必须设置合理的阴性对照与阳性对照,基因调控实验必须完成回补实验,验证表型是由靶点表达改变特异性引起的,排除脱靶效应导致的假阳性;所有实验需完成至少 3 次生物学重复与技术重复,选择合适的统计学方法,保证结果的统计学效力与可重复性。


3.类器官培养体系的标准化:不同实验室的培养体系、操作流程差异,是导致类器官研究结果无法重复的核心原因。需建立标准化的类器官培养、传代、冻存、药物处理与功能实验操作流程,对实验人员进行统一培训,保证模型的稳定性与实验操作的一致性。




关于晶莱


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晶莱生物创立于2016年,拥有北京(北京晶莱华科生物技术有限公司)及长沙(湖南晶莱生物技术有限公司)两个研发机构,是专注于生物医药临床前研发与基础医学科研服务的国家高新技术企业及专精特新企业。依托北京、长沙两地的3000余平实验平台,晶莱构建了8个研究平台,可为客户提供包括临床前CRO、类器官模型构建、动物寄养、动物模型构建、细胞型构建、药效及各类表型、机制、通路等全方位的研究服务。


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