编者按

 在癌症研究与治疗领域，如何实现精准医疗、提升药物研发效率一直是核心议题。

由国内多家三甲医院和研究机构专家共同参与完成，并发表在《Theranostics》（IF：12.4）期刊上的共识——“Building consensus on the application of organoid-based drug sensitivity testing in cancer precision medicine and drug development”，深入探讨了类器官药物敏感性检测在肿瘤精准医疗和药物研发中的应用，凝聚了领域内众多权威专家的集体智慧，对规范该领域的研究与应用具有重要意义。

01、研究背景

《Nature Methods》将类器官列为2017年度十大技术之一。患者来源的类器官（PDOs）作为一种革命性的体外模型，已成为肿瘤临床和基础研究的理想工具，其在转化研究、新药研发以及个性化医疗领域展现出越来越广阔的应用前景。基于器官芯片模型的临床前疗效结果，美国食品药品监督管理局（FDA）于2022年7月首次批准Sutimlimab开始临床试验，且无需依赖传统的体内实验数据。这标志着利用类器官进行药物研发的一个重要里程碑。

随着癌症患者发病率和死亡率的不断上升，必须开发精确的肿瘤检测和治疗的临床前模型。本共识主要聚焦于实体肿瘤的PDOs，概述了PDOs在肿瘤精准医疗和药物发现领域的8种潜在应用，为未来的研究和治疗提供了新的方向。

02、肿瘤类器官定义

患者来源的类器官（PDOs）是具有三维（3D）结构的体外培养模型，从具有干细胞特征的细胞中自我分化而来，能长期增殖培养，重现原始肿瘤复杂的细胞异质性和空间结构，模拟起源组织的功能和生物学行为，保留病理组织学特征和一些遗传特征，如驱动基因的突变和扩增。

PDOs 是器官或组织的微型简化版本，可以在实验室进行体外培养，并成为肿瘤研究和药物发现的宝贵平台，主要原因有以下几点：

（1）精准再现肿瘤起源：作为体外模型，能高度模拟肿瘤的真实状态；

（2）构建多样化生物样本库：可建立肿瘤组织起源的活体类器官生物样本库；

（3）体外建模条件可控：能调控营养供给、氧气供应水平和药物暴露，研究其对肿瘤细胞行为的影响；

（4）预测临床反应：对不同类型癌症患者的临床反应具有预测作用；

（5）建立转基因模型：可构建转基因肿瘤类器官模型，探究肿瘤基因突变的发生机制。

图1. 类器官模型的应用。PDO 概括了生理特性和功能，提供了更加真实和有效的技术平台。它们在各个研究领域都有潜在的应用，例如构建疾病模型、生物样本库、基因治疗、药物发现和精准医学。

03、PDOs在癌症研究中的应用

3.1 临床前研究应用

1). 新治疗靶点发现与验证：

通过对类器官进行各种干预实验，如基因编辑、药物处理等，观察类器官的生物学行为变化，从而发现潜在的治疗靶点，并验证其有效性；

2). 药效学评估：

利用类器官模型评估药物对肿瘤细胞的作用效果，包括药物的杀伤能力、对细胞增殖和凋亡的影响等，为药物的疗效评价提供直观的数据；

3). 伴随诊断生物标志物检测：

检测类器官中与肿瘤发生、发展、治疗反应相关的生物标志物，帮助医生更准确地判断患者的病情和预后，指导个性化治疗方案的制定；

4). 药物适应症拓展：

研究类器官对不同药物的反应，探索现有药物在不同癌症类型或不同临床阶段的新适应症，提高药物的利用率；

5). 药物作用和耐药机制探索：

观察药物处理后类器官的分子生物学变化，深入研究药物的作用机制以及肿瘤细胞产生耐药性的机制，为克服耐药提供理论依据；

6). 模拟体内药代动力学研究：

通过在类器官模型中模拟药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，研究药物的药代动力学特征，为临床用药剂量和给药方案的优化提供参考。

专家共识1

PDO在临床前研究中具有广泛的应用前景，可用于新治疗靶点的发现和验证、药效学评估、伴随诊断生物标志物检测、药物适应症扩展、药物作用和耐药机制的探索以及模拟体内药代动力学研究等。

3.2 罕见与耐药肿瘤研究

罕见恶性肿瘤和耐药肿瘤由于病例数量少、缺乏有效的研究模型，其治疗一直是临床难题。PDOs能够从患者的肿瘤组织中建立，为这些难以研究的肿瘤提供了理想的模型。通过对罕见肿瘤类器官的研究，可以深入了解其生物学特性和发病机制，开发针对性的治疗方法；对于耐药肿瘤类器官，能够研究耐药的发生机制，寻找克服耐药的策略。

专家共识2

药物的临床前研究很大程度上依赖于稳健的模型。PDO非常适合研究罕见的恶性肿瘤、尚无现有模型的肿瘤和耐药物种。

3.3 临床试验疗效预测

大量临床试验表明，类器官药物敏感性检测（DST）结果与患者实际临床疗效密切相关。将PDO-DST整合到临床试验中，可以作为临床治疗反应的预测生物标志物。医生可以根据类器官对不同药物的敏感性，为患者选择最有可能有效的治疗方案，提高治疗的成功率，减少无效治疗带来的副作用和经济负担。截至2023年9月3日，ClinicalTrial.Gov上已注册了159个与类器官相关的癌症研究项目 ，涵盖多种癌症类型，充分体现了类器官在临床试验中的应用潜力。

专家共识3

临床试验表明，类器官DST的结果与患者的实际临床结果密切相关。将类器官DST纳入临床研究中，有望成为预测临床治疗反应的生物标志物。

4. 类器官在临床服务中的应用与规范

4.1 临床服务应用现状

类器官药物敏感性检测已开始应用于临床服务领域，为癌症患者的个性化治疗提供了新的手段。医生可以根据患者肿瘤类器官对不同药物的反应，制定更精准的化疗、放疗、靶向治疗、免疫治疗和联合治疗方案，提高治疗效果，改善患者的预后。

图3. 类器官模型用于药物敏感性检测的过程。该流程可概括为三个步骤：1）样本获取：获取原发性/转移性肿瘤、活检样本、体液样本以及患者来源的异种移植（PDX）样本等；2）药物筛选：包括样本运输、类器官构建、药物筛选以及数据分析；3）临床治疗：为患者提供化疗、放疗、靶向治疗、免疫治疗以及联合治疗等多种治疗方案选择。

专家共识4

类器官 DST 已应用于临床服务；鼓励经认可的机构完善其实验室自建开发测试（ LDT ）协议。

专家共识5

类器官DST和NGS测序都属于精准医学领域。但类器官 DST 有更丰富的应用场景，如新辅助和/或姑息性化疗、一线治疗无效、晚期和罕见肿瘤以及转移性肿瘤等。并且可以在癌症治疗的整个过程中实施。

4.2 规范需求与措施

为了确保类器官检测结果的准确性和可靠性，经认可的机构需要进一步优化实验室自建开发测试（LDT）的流程，这包括：严格控制样本采集、运输、储存和处理的各个环节，确保类器官培养的质量和稳定性；建立标准化的药物处理和检测方法，保证检测结果的可重复性；加强对检测人员的培训和资质认证，提高检测的准确性和规范性。

同时，需要建立严格的质量控制体系和监管机制，对类器官检测实验室进行定期评估和监督，确保检测服务符合临床要求。

专家共识6

对于类器官 DST，通过穿刺或胃肠内窥镜检查获得的手术活检微量肿瘤样本，可用于类器官DST。类器官培养的成功取决于原始组织样品中细胞的活力和质量，以及用于生成类器官的特定方案和培养条件等因素。研究人员和临床医生在选择合适的样本类型进行研究及临床应用时应考虑这些因素。

04、挑战与展望

5.1 当前面临挑战

1) 类器官构建技术有待完善：虽然类器官技术取得了显著进展，但仍存在一些技术难题，如类器官的血管化程度不足，缺乏神经和免疫细胞等，导致其无法完全复制器官的所有特征，限制了对肿瘤微环境的全面模拟。

2）缺乏统一标准：目前类器官的培养、检测和数据分析等方面缺乏统一的标准和规范，不同实验室之间的结果可比性较差，不利于类器官技术的广泛应用和推广。

3）临床转化困难：从实验室研究到临床应用的转化过程中，还面临着诸多挑战，如临床试验的设计和实施难度较大、成本较高、患者接受度较低等，需要进一步探索有效的解决方法。

专家共识7

类器官 DST 可用于预测特定患者化疗、放疗、靶向治疗和免疫治疗的疗效。

5.2 未来发展方向

1) 技术创新：鼓励研究人员不断探索和开发新的培养技术、检测方法和数据分析算法，提高类器官构建的效率和质量，实现类器官的血管化和神经化，引入免疫细胞，完善类器官模型，使其更接近真实的肿瘤微环境。

2）标准化与规范化建设：建立国际统一的类器官技术标准和规范，包括样本采集、培养条件、药物处理、检测方法、数据分析等各个环节，促进不同实验室之间的数据共享和合作，提高检测结果的可重复性和可靠性。

3）多学科合作：加强基础研究与临床应用的结合，促进生物学、医学、药学、工程学等多学科领域的协同合作，共同解决类器官技术在发展过程中遇到的问题，推动类器官技术的快速发展。

4）临床转化推进：通过开展大规模的临床试验，验证类器官技术在不同癌症类型和治疗阶段的适用性和有效性，提高医生和患者对类器官技术的认识和接受度，加快类器官技术在临床实践中的应用。

图4. 类器官模型面临的挑战及改进方向。目前类器官的发展面临着一定的挑战，这需要研究人员不断努力改进并加以克服。这些挑战至少包括：1）样本获取与处理；2）标准化流程；3）周转时间；4）肿瘤类器官构建的成功率；5）肿瘤微环境的模拟；6）培养基的优化；7）药物浓度的确定；8）肿瘤类器官的优化；9）临床方案的制定；10）监管标准；11）时间和经济成本的考量。

专家共识8

应对这些挑战需要研究人员、临床医生、监管机构和医疗行业利益相关方之间的共同努力，以推进类器官 DST 的发展并实现其广泛的临床应用。进行类器官 DST 时应始终考虑时效性，尽管已经可以在1-3周内完成测试并生成报告，但仍需通过技术改进逐步缩短类器官 DST 所需的时间。持续性的研究、验证性研究、技术革新以及建立共识的努力，对于克服现有局限并充分发挥类器官 DST 在精准医疗中的潜力至关重要。

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参考文献

Xiang D, He A, Zhou R, et al. Building consensus on the application of organoid-based drug sensitivity testing in cancer precision medicine and drug development. Theranostics. 2024;14(8):3300-3316. Published 2024 May 27. doi:10.7150/thno.96027