本期導(dǎo)讀：
近日，南方醫(yī)院普外科嚴(yán)俊主任醫(yī)師團隊在學(xué)術(shù)期刊Diseases of the Colon & Rectum上發(fā)表腸癌研究新成果“Accuracy of Using a Patient-Derived Tumor Organoid Culture Model to Predict the Response to Chemotherapy Regimens In Stage IV Colorectal Cancer: A Blinded Study”。
由創(chuàng)芯國際團隊構(gòu)建了結(jié)直腸癌類器官體外模型并進行鑒定及藥物篩選，預(yù)測臨床有效用藥方案，同時在雙盲的前提下由南方醫(yī)院的專家進行用藥治療及臨床觀察，最后統(tǒng)計分析雙方的數(shù)據(jù)，以評估患者來源的腫瘤類器官培養(yǎng)模型對化療方案的反應(yīng)的預(yù)測準(zhǔn)確性。實驗結(jié)果表明類器官培養(yǎng)模型有效地預(yù)測了個體患者對現(xiàn)有化療方案的反應(yīng)。
研究方案
實驗設(shè)計：
①確定化療反應(yīng)的半最大抑制濃度（IC50）：取自需要新輔助化療或輔助化療的Ⅳ期結(jié)直腸癌患者，用于類器官培養(yǎng)，根據(jù)新輔助化療結(jié)果確定藥物反應(yīng)的IC50。
②進行一項盲法試驗，以評估類器官培養(yǎng)模型對化療方案反應(yīng)的預(yù)測準(zhǔn)確性：類器官藥物測試和患者的臨床隨訪由兩名獨立的觀察者進行。兩名觀察者對研究結(jié)果均不可見。經(jīng)過近6個月的標(biāo)準(zhǔn)化療后，評估臨床療效。揭盲后，驗證類器官模型的預(yù)測精度。
入組及排除標(biāo)準(zhǔn)：
臨床隨訪及CRC患者治療反應(yīng)：
定期檢查患者的血液癌胚抗原(CEA)水平；胸部、腹部和骨盆的增強CT成像；肝臟的MRI檢查；必要時進行PET檢查。
實驗設(shè)計：
詳見原文
(doi: 10.1097/DCR.0000000000001971)
統(tǒng)計分析：
采用非參數(shù)方法進行ROC曲線分析及GEE分析來評估類器官培養(yǎng)成功率和類器官模型對藥物反應(yīng)的預(yù)測準(zhǔn)確性。使用Stata 14.0進行統(tǒng)計分析。
研究結(jié)果
患者人口統(tǒng)計學(xué)和腫瘤特征：
患者人口統(tǒng)計和腫瘤特征：
初步研究（pilot study）共納入21名患者，對類器官藥敏分析結(jié)果與臨床結(jié)局進行受試者工作特征曲線（ROC）分析，初步確立了該技術(shù)的可行性與有效范圍，為大隊列盲法分析奠定基礎(chǔ)。
本盲法試驗共納入71名患者和96個樣本，其中包括62個原發(fā)病灶和34個轉(zhuǎn)移病灶。96例腫瘤標(biāo)本中，57例患者中77例（80.21%）培養(yǎng)成功。
揭盲后，類器官模型的預(yù)測精度得到了驗證。盲法試驗的流程圖如下圖所示。
類器官模型開發(fā)和藥物測試：
①類器官培養(yǎng)和藥物檢測的中位(范圍)時間為9(7-14)天。在盲法試驗中，類器官培養(yǎng)成功率為80.21%(77/96)。
②STR圖譜顯示原癌組織與相應(yīng)類器官的一致性為95.69±4.51%。原發(fā)性大腸癌與相應(yīng)轉(zhuǎn)移組織的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差一致性為99.70±0.79%。兩者都有類器官和轉(zhuǎn)移組織與原癌組織高度匹配。
③HE染色顯示類器官呈現(xiàn)從囊性結(jié)構(gòu)到實體結(jié)構(gòu)的形態(tài)。PAS染色和EPCAM免疫組化染色顯示類器官保留了原發(fā)腫瘤的粘液和上皮特征，如下圖?？偟膩碚f，這些結(jié)果表明類器官培養(yǎng)物保留了原始腫瘤組織的組織學(xué)特征和標(biāo)記物表達。
④類器官模型不僅顯示了同一腫瘤對不同方案的敏感性（下圖B-E），而且顯示了不同腫瘤（如原發(fā)性結(jié)直腸癌和肝轉(zhuǎn)移瘤）對同一方案的敏感性（下圖G-J）。
在試點研究中，類器官培養(yǎng)中藥物反應(yīng)的IC50值的定義：
ROC曲線下面積(AUC)為0.884(95%CI，0.768-1.000)，表明類器官藥物篩選的IC50與患者反應(yīng)密切相關(guān)。
PDTO模型在盲法研究中的預(yù)測精度：
在臨床隨訪(中位時間:6個月)和治療結(jié)果顯示后，類器官藥物測試結(jié)果與相應(yīng)化療方案的治療結(jié)果進行比較。類器官模型預(yù)測結(jié)直腸癌藥物反應(yīng)的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性、PPV和NPV分別為63.33%(95%CI，46.67-80.00%)、94.12%(95%CI，85.29-100.00%)、79.69%(95%CI，70.31-89.06%、90.48%(95%CI,77.78-100.00%)和74.42%(95%CI，65.96-84.62%)。
類器官模型顯示了對化療方案的不同反應(yīng):
在此次研究中，部分患者的類器官藥敏結(jié)果體現(xiàn)出了瘤間異質(zhì)性，在原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶中也有所體現(xiàn)。
例如FOLFOX方案對原發(fā)性腫瘤和肝II、IV段轉(zhuǎn)移灶敏感，肝Ⅶ、Ⅷ段轉(zhuǎn)移灶對FOLFOX方案不敏感。然而，所有樣本，包括原發(fā)性腫瘤和肝II段、IV段、VII段和VIII段的轉(zhuǎn)移灶，對FOLFIRI化療方案敏感。如下圖。
臨床治療結(jié)果與類器官藥物檢測結(jié)果一致。我們對原發(fā)腫瘤組織進行全外顯子組測序（WES），以研究類器官藥物測試所揭示的異質(zhì)性。如下圖10，說明原發(fā)腫瘤與轉(zhuǎn)移灶之間存在腫瘤異質(zhì)性。?
討論及分析
①本研究表明，類器官的化療敏感性與臨床上相應(yīng)患者的化療敏感性相似。結(jié)果表明，類器官模型預(yù)測大腸癌化療藥物反應(yīng)的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性、PPV和NPV分別為63.33%、94.12%、79.69%、90.48%和74.42%，說明類器官可作為指導(dǎo)大腸癌患者個體化化療方案選擇的預(yù)測模型。
②與細(xì)胞系和PDX模型相比，類器官有許多優(yōu)點：它們保持了原始腫瘤的生物學(xué)特性，易于高通量藥物篩選，并且具有成本效益。
③應(yīng)采集純癌組織而不是壞死組織，手術(shù)期間組織切除與到達類器官實驗室之間的時間應(yīng)少于30分鐘。
④類器官模型比WES模型更能幫助臨床醫(yī)生為個體患者選擇有效的化療方案。與確定該預(yù)測模型準(zhǔn)確性同樣重要的是觀察同一患者的不同轉(zhuǎn)移病灶對化療方案的敏感性不同；該觀察結(jié)果使該預(yù)測模型更有價值。
研究結(jié)論
類器官培養(yǎng)模型能有效預(yù)測個體患者對現(xiàn)有化療方案的反應(yīng)，為大腸癌的個性化化療提供平臺。
關(guān)于創(chuàng)芯國際
創(chuàng)芯國際生物科技（廣州）有限公司是一家以類器官技術(shù)為核心的創(chuàng)新型生物醫(yī)療企業(yè)。公司于2016年成立于澳門，總部位于廣州開發(fā)區(qū)加速器。目前分別在北京、上海、廣州和意大利米蘭設(shè)立研發(fā)中心，擁有2家控股子公司，業(yè)務(wù)覆蓋全國22個省區(qū)。創(chuàng)芯國際提供科研與臨床精準(zhǔn)治療的腫瘤類器官藥物敏感性檢測平臺、行業(yè)上中下游產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化與生產(chǎn)、新藥研發(fā)-體外CRO服務(wù)，致力于個體化治療、新藥研發(fā)及再生醫(yī)學(xué)三個方向，擁有完整的類器官全產(chǎn)業(yè)鏈，也是國際化類器官產(chǎn)業(yè)基地。