今天给大家分享一篇构建肿瘤类器官–基质生物库进行研究的文章，来自德国Georg-Speyer-Haus实验室的Henner F Farin等在2023年5月5日发表在Cancer Discovery（28.2/IF）上题为“Colorectal Cancer Organoid–Stroma Biobank Allows Subtype-Specific Assessment of Individualized Therapy Responses ”的文章。文章主要内容是构建结直肠癌（CRC）类器官基质生物库以更好地反映细胞异质性，CRC表型以可塑性方式加密在癌症上皮中，这种方式很大程度上取决于环境；因此，CAF s对于真实地表达分子亚型和离体治疗反应至关重要。本研究通过患者源性肿瘤类器官（PDTO）和匹配的癌症相关成纤维细胞（CAF），建立结直肠癌类器官–基质生物库。
研究项目背景：
在CRC中，肿瘤微环境在预后和治疗效果中起着关键作用。PDTO在临床前测试方面显示出巨大的潜力；然而，单一标准培养的PDTO失去了重要的特征，包括共有分子亚型（CMS）。因此，本研究的目标是建立一个肿瘤类器官–基质生物库，以更好地反映分子亚型依赖性并改进药物测试。
研究路线图
研究结果
1 结直肠癌类器官–基质生物库的开发
为了生成包含 PDTO 和 CAF 的结直肠癌类器官–基质生物库，选择了来自不同部位和不同疾病阶段的 30 个肿瘤，以反映结直肠癌的临床异质性。
2 PDTOs在基质环境中重新显示其原始分子亚型
为了评估如何在体外维持稳定的肿瘤特异性基因表达，使用肿瘤组织、类器官和异种移植物进行RNA测序。接下来，研究人员对所有PDTO的CMS进行分类，发现大多数被分类为“混合或不确定亚型”，分析可能是由于类器官基质对CMS分配的强烈影响；异种种植后，10个模型中有8个模型恢复了准确的亚型。因此，PDTO在标准培养条件下会失去其原始亚型，但它们可以在基质环境中部分恢复。
3 结直肠癌细胞生长依赖于肿瘤微环境
研究人员比较了来自CMS4和CMS2的PDTO，其特征分别是高CAF含量和低CAF含量。GESA证实了在CMS4衍生PDTO中诱导成纤维细胞和抑制炎症信号，证明移植的PDTO诱导亚型特异性基质反应。然后，进一步研究TME是否在PDTO异种移植中重现，免疫荧光分析显示，与原始肿瘤相比，肿瘤细胞和小鼠波形蛋白显示出明显相似的组织学模式。
4 个体结直肠癌特征的表现在很大程度上取决于培养环境
研究人员首先测试了自体来源和异种来源的CAF之间的差异，观察到PDTO之间的特征差异在很大程度上与CAF的来源无关。将PDTO转移到CAF条件培养基后，PDTO的RNA测序显示自体和异源共培养相似的整体转录组效应，说明CAF 本身的存在会引起深刻的细胞和转录变化。
接下来，研究人员测试了CAF对PDTO表型的普遍影响，结果显示所有生物库模型（n = 29）的共培养导致PDTO数量、大小和活力显著增加。
5 亚型特异性化疗反应的表现取决于 CAF
利用Firefly luciferase/GFP转导的PDTO测量共培养中的PDTO活力，确定了化疗药物吉非替尼、5-FU、奥沙利铂、SN-38的剂量反应，CAF对药物反应有显著影响，并且可能使PDTO更具耐药性或更敏感。自体和异源CAF 的共培养实验表明，对治疗反应的影响是PDTO特异性的，而不是由CAF来源的分子亚型决定。
通过AUC评估，研究人员发现在存在/不存在CAF时药物敏感性存在差异。基于这一发现，为每位患者建立了CAF药物影响评分。与原始CMS的比较表明，CAF在CMS2 PDTO中诱导药物敏感；相比之下，CMS4 PDTO对治疗化合物具有更强的抵抗力，说明共培养系统可以给予临床前研究提供更真实的疾病模型。
6 共培养物中的药物转录组学特征允许对结直肠癌进行预后分层
为了评估类器官–基质模型中不同的药物反应是否与结直肠癌患者的预后相关，得出了转录组特征。对于单培养和共培养的平均AUC，仅鉴定出少数显著的敏感基因，而CAF药物影响与343个敏感基因相关，表明与单一培养相比，类器官基质模型中的药物测试显示出更好的预后分层潜力。
结论：
本研究建立了结直肠癌类器官–基质生物库，异种移植或与CAF共培养可提高转录组保真度并指导亚型特异性基质基因表达。此外，共培养的功能分析揭示了CMS4对吉非替尼和SN-38的特异性治疗耐药性和预后表达特征；化学基因组文库筛选确定了基质耐药的患者和治疗依赖机制，包括作为共同靶点的MET。
Farin HF, Mosa MH, Ndreshkjana B, et al. Colorectal Cancer Organoid-Stroma Biobank Allows Subtype-Specific Assessment of Individualized Therapy Responses. Cancer Discov. 2023;13(10):2192-2211. doi:10.1158/2159-8290.CD-23-0050