癌症类器官:癌症生物学家武器库中的一个重要新工具

类器官的创造，3D器官芽的生长在体外展示了真实的微观解剖学，这是一项正在研究大量不同类型细胞的技术，从大脑到肠道。

研究中描述的结直肠癌收集(“生物银行”)是由维康信托基金会桑格研究所的海利·弗兰西斯博士和她的同事开发的。今年早些时候，Francies博士因这项工作在我们的年度中获得了高度赞扬奖3 rs奖竞争．评委会对这项工作及其在癌症研究中高通量药物筛选方面的潜在用途印象深刻，因此减少了对动物模型的依赖。

包括结肠癌和直肠癌在内的癌症有许多亚型，它们表现出不同的基因改变组合。理解患者的这种多样性很重要:癌症药物专门针对不同的细胞通路，因此，根据个人和肿瘤的遗传背景，患者对治疗的反应可能不同。因此，癌症治疗变得更加针对特定的患者，并有效地为每个人“个性化”。弗朗西斯博士和她的同事提出，他们收集的类器官是一种改进的非动物模型，以帮助实现更个性化的方法。

在细胞系和动物之间架起桥梁

目前用于研究癌症的系统从简单的2D细胞培养(缺乏原始肿瘤必要的结构和功能复杂性)到患者来源的异种移植(PDX)小鼠模型。为了建立PDX模型，将患者肿瘤的碎片植入免疫缺陷小鼠的皮肤下。潜在的抗癌试剂的功效通常在PDX小鼠中进行评估，目前的方法意味着测试一种化合物可能需要50只动物。

Francies博士说:“目前，小鼠模型是标准的，但它们既耗时又昂贵，而且由于肿瘤生长，动物会经历痛苦和痛苦。尽管现阶段我们还不能完全取代小鼠模型，但我们的目标是建立一个更好的非动物癌症模型库，以限制在总体上使用动物。我们试图创建一个模型，使我们能够在体外轻松地研究结直肠癌，同时捕获细胞系中没有发现的复杂性水平。

“就像PDX小鼠一样，类器官是个性化的，因为它们是从患者自己的组织中创造出来的。类器官培养可以很容易地繁殖用于高通量研究。通过这种方式，可以筛选许多潜在的抗癌化合物，并做出更明智的决定——在动物模型中测试相同数量的药物永远都是不可实现的。”

事实上，这些类器官很容易被操纵，各种端点也可以被测量，这意味着它们在基础研究中也有应用，研究人员可以观察到复杂的分子变化，这在老鼠身上是很难观察到的。

弗朗西斯博士在3Rs奖颁奖典礼上向一位嘉宾讲述她的工作。(NC3Rs)

它是如何工作的?

为了创造类器官，桑格研究所的团队与麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的同事以及荷兰Hubrecht研究所的Hans Clevers教授团队合作。研究人员从患者的结肠肿瘤和结肠上皮的健康周围组织中提取了切片。他们分析了切片的DNA序列，以寻找患者细胞中与癌症相关的突变。同时，研究人员利用患者的组织开始培养肿瘤和正常的类器官。使用新适应的培养条件在3D中进行长期扩展，他们观察到约90%的成功率，成功地从20名患者中培养出19个正常和22个肿瘤类器官培养物。正常的类器官显示出与原始组织相似的组织结构，在健康结肠中发现了不同的细胞类型，而癌症类器官的结构完全丢失了，不同患者之间的培养显示出了很大的差异。

在研究的第二阶段，Francies博士和她的同事通过对83种化合物库进行筛选，分析了类器官的药物反应，这些化合物包括临床使用的药物、化疗药物、之前研究过或正在临床试验中研究的药物，以及针对不同癌症靶点的其他化合物。在一个机器人屏幕上对肿瘤类器官库进行了测试，产生了大约5000个器官-药物相互作用的测量值。相比之下，使用至少5000只老鼠就可以获得这一信息，这标志着动物的使用大幅减少。该筛选确定了文献中已经知道和报道的基因-药物关联，以及一些可能的新相互作用。

NC3Rs的行政总裁Vicky Robinson博士说:“总的来说，这些结果表明，类器官有能力准确反映癌症的分子特征和异质性。从患者肿瘤中培养3D类器官培养物，可以更好地反映患者肿瘤的生物学和治疗反应，从而改变癌症研究，同时减少小鼠模型的使用。类器官的使用提供了一个前所未有的机会，以更准确的方式和在PDX模型无法实现的规模评估癌症药物的有效性。”

接下来是什么?

当被问及3Rs奖时，弗兰西斯博士评论道:“鉴于癌症类器官在识别新的癌症疗法和药物反应的生物标记物方面的潜力，我们桑格研究所希望开发大量的类器官模型，这将使我们减少在癌症研究中使用动物。奖金将有助于探索癌症研究的另一个方面:耐药性，这是一种在临床中经常出现的现象，但许多药物筛选都没有解决。

“利用诺贝尔奖的资金，我们打算扩大现有的药物筛选，用于测试联合药物疗法，并评估许多不同的、临床相关的药物组合。要做到这一点，筛选吞吐量必须提高，这在动物中是不可能的(一个1536孔板筛选可以评估约200种药物组合)。”

国际NC3Rs 3 rs奖该奖项由葛兰素史克(GlaxoSmithKline)赞助，每年颁发，以表彰最近三年在同行评审期刊上发表的、对医学、生物或兽医科学领域3Rs领域的科学和技术进步做出杰出贡献的最新出版物。该奖项包括1.8万英镑的奖金，外加2000英镑的个人奖金，高度赞扬的作品将获得4000英镑的奖金和1000英镑的个人奖金。申请由一个独立的专家小组进行评审，并在颁奖典礼上颁发该奖项，今年有150多名NC3Rs利益攸关方和来自科学界的嘉宾参加了颁奖典礼。

去年的两个联合主要奖项颁给了寻找方法的研究人员提高实验犬的福利，以及第一次开发的方法反映人类胚胎大脑的类器官．2016年3Rs奖的提名将在秋季开放，所以请关注这个空间!