類器官（Organoids）是指利用成體干細胞或多能干細胞進行體外三維（3D）培養，形成具有一定空間結構的組織類似物^[7]。雖然類器官并不是真正意義上的人體器官，但在結構和功能上能夠模擬真實器官，Z大程度地還原體內組織的結構，并重現該器官的生理功能，且能夠長期穩定地進行傳代培養。

圖1：類器官作為傳統二維培養和動物模型之間的橋梁

圖片來源：羅氏診斷整理

患者來源的類器官(Patient-derived organoid，PDO)是成體干細胞來源的類器官的一種。PDO能夠保留腫瘤組織的生物學特征和異質性，具有多次傳代后基因組保持穩定、培養周期短等優勢，因此被認為是腫瘤研究的理想模型。通過將腫瘤組織中的細胞培養成PDO，研究人員可以模擬患者體內的腫瘤環境，并研究腫瘤的發展過程、治療敏感性以及抗藥性。此外，通過PDO還可以進行個性化醫學的研究，即根據患者的特定情況和疾病類型，定制特定的治療方案，以實現個體化治療的目標^[8]。

目前，類器官技術在疾病建模、毒性測試、藥物篩選與評價以及癌癥精準治療等領域得到了廣泛應用。而其與下一代測序技術（Next Generation Sequencing, NGS）的結合則為實現精準醫療提供了重要的技術路線。類器官的構建可以為臨床前機體對特定藥物的反應評估建立有效的離體模型，從而為腫瘤患者制定個性化醫療策略提供基礎。對于不同PDO的現有生物庫（例如乳腺癌類器官生物庫^[9]、膀胱癌類器官生物庫^[10]、卵巢癌類器官^[11]、生物庫膠質母細胞瘤類器官生物庫^[12]等），全基因組測序（WGS）、外顯子測序（WES）及轉錄組測序（RNA-Seq）可用于驗證類器官的基因表達譜是否與親本腫瘤高度相似，以及能否保留腫瘤內和腫瘤間的異質性。多種測序技術的結合使用，也可以為人源PDO模型的多組學分析有效提高靶點發現和驗證效率。下圖展示了二代測序和類器官培養相結合用于腫瘤個體化治療的臨床前驗證路徑示例^[13]。

圖2：個性化醫學策略：利用類器官培養和WES基因分型來應對胰膽癌

圖片來源：羅氏診斷整理

對于進行藥物篩選前構建培養好的類器官，除了需要從形態學和組織病理學進行評估，分子遺傳學的評估和驗證也至關重要。WES技術常被應用于對類器官的篩選進行分子遺傳學上的質控與鑒定，進而為個性化藥物篩選和發現提供臨床前工具。2021年，日本研究團隊使用外顯子組測序和原發性PDO培養相結合的思路，構建了針對胰膽癌基因型的個性化醫療策略^[13]。對6種膽道和膽囊原發性癌癥進行了WES測序，大部分類器官表現出了與原發腫瘤相似的組織病理學特征和基因組上的體細胞突變，其中一些突變確定了可能適用于靶向治療的候選標志物，并證實抑制其中的候選靶標ILK可以抑制來自患者的類器官增殖。在2021年的另一項膀胱癌患者來源類器官的研究中^[14]，作者使用WES分析來鑒定膀胱癌類器官（Patient-derived bladder cancer organoids, BCOs）是否重現了其來源的原發腫瘤的突變譜，結果顯示，這些BCOs與其來源的原發腫瘤高度兼容。WES的結果為BCOs用于CAR-T細胞體外臨床前測試提供了分子遺傳學的評估與驗證。2022年，科學家用類器官系統促進抗結直腸癌治療療效的預測，并且作為模型進行藥物篩選來確定下一步的治療方案^[15]。這項研究使用WES方法對54位患者的PDO以及相匹配的腫瘤組織進行了突變分析比較，確保了培養的類器官與患者腫瘤組織中的突變特征高度相似，并根據WES數據篩選出潛在的抗癌藥物治療靶點，進而促進了PDO模擬患者藥物治療反應以用作聯合臨床模型。

腫瘤類器官具有高通量、高效率的特性，在短時間內可獲得多種藥物的敏感性檢測結果。WES在多項PDO的研究中，為類器官分子遺傳學的評估和驗證提供了有效證據，在其與原發腫瘤相似的組織病理學特征的基礎上，同時驗證其一致的分子遺傳特征，為癌癥患者的個性化醫療策略提供了先進的離體模型。

對于任何使用 PDO 的研究來說，一個重要的問題是將觀察結果與臨床結果聯系起來。RNA-seq可以應用于基因表達譜隨培養過程的變化、類器官分化過程的監測，以及靶點表達量的分析等方向，為臨床信息和表型檢測數據建立關聯，為高通量靶點或藥物篩選提供證據。2021年4月，瑞士腸癌研究所的Joerg Huelsken團隊在Cell Reports雜志發表了基于類器官和RNA-seq的靶向類器官測序篩選系統TORNADO-seq^[16]，可檢測細胞混合物及其在腸道系統中的分化狀態，用于鑒定能夠誘導腸道正常細胞和癌細胞分化的小分子藥物，為結直腸癌的藥物篩選提供了高效的方法。2022年6月，美國學者從高級別漿液性卵巢癌（HGSOC）患者中收集了惡性積液標本培養PDO^[17]，并在短期培養期間的兩個時間點進行 RNA 測序，以確定轉錄組隨培養過程的變化。基于RNA-Seq的結果，發現短期PDO培養可用于研究個體腫瘤的藥物敏感性，藥敏測試Z終篩選出了4種具有治療潛力的藥物。

RNA-Seq分析也常被用于判斷類器官中是否保留了原有的基因表達譜，以判斷類器官體外的生長條件或選擇有效的培養方法。例如，結腸細胞的類器官培養方法主要有兩種類型，但不同培養方法的基因表達模式之間存在著相似與差異^[18]。使用RNA-Seq對結直腸癌類器官系統進行評價，發現其中條件培養基中的腫瘤類器官細胞表現出干細胞標志物OLFM4的高表達和分化標志物CA2的低表達，而正常組織類器官細胞表現相反，這與體內相應的表達量相似。然而，在另一種化學成分培養基中培養的腫瘤類器官和正常組織類器官細胞卻具有相似的CA2和OLFM4表達模式，不能準確模擬體內相應細胞的表達模式。在非小細胞肺癌（NSCLC）類器官的研究中^[19]，科學家使用了肺腺癌（LUAD）和肺鱗狀細胞癌（LUSC）原發患者的基因表達譜獲得的基因列表來確定患者腫瘤和類器官之間的總體基因表達相關性，RNA-Seq分析結果表明NSCLC 類器官和親本腫瘤之間的基因表達譜相似，驗證了使用的體外生長條件允許類器官腫瘤細胞在很大程度上保持其親代腫瘤的關鍵分子特性。

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