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类器官技术-目前临床最好的药物敏感性检测方法

   2017年8月,最权威医学期刊之一的《science 》杂志专篇报导了“类器官技术用于指导精准药物治疗”的案例。 故事的主角之一叫Els van der Heijden。

图片来源:The organoid architect. Science. 2017,357 (6353): 746-749.

    Heijden是一位囊性纤维化(CF)患者, 囊性纤维化是一种遗传性外分泌腺疾病,主要影响胃肠道和呼吸系统,约半数儿童因感染或心肺功能衰竭等严重并发症于10岁前死亡,活至成年者较少。目前治疗CF的药物主要有Lumacaftor 和 Ivacaftor,但是这两种药物极其昂贵,而且并非对所有CF患者均有效,所以保险公司只针对目前临床试验有效的携带某些常见基因突变型的患者进行该药物的赔付。Heijden携带的是一种目前临床疗效不确定的少见基因突变,因而其治疗遭到保险公司拒绝。

    该故事的另一个主角叫Hans Clevers,荷兰乌德勒支大学教授,荷兰皇家科学院院士,目前世界上研究类器官最权威的专家。

图片来源:The organoid architect. Science. 2017,357 (6353): 746-749.

    Hans Clevers研究团队将Heijden肠道来源的活检组织进行体外培养成肠道类器官,并在体外进行了CF治疗药物的是否有效的测试,证明现有药物对Heijden是有效的,最后保险公司同意支付其治疗费用,从而使Heijden病情得到了有效的控制。

 

    目前临床药物敏感性检测最好的方法 :类器官技术

    早在2015年,类器官技术就被权威医学刊物《MIT Technology Review》和《Cell》 评为年度十大科技进展之一 。

    那么是什么类器官技术呢?

    类器官(Organoids)技术是将具有干细胞潜能的细胞或组织进行体外3D培养从而形成具有自我更新和自我组织能力、能维持其来源组织的生理结构和功能特征、最终保留了来源组织的结构和生物信息的“微组织”。

实验室3D培育的类器官图

 

图片来源:Human tissues in a dish: The research and ethical implications of organoid technology. Science. 2017, 355: 260.

    类器官的目前的主要用途包括:新药研发、再生医学、药物敏感性测试和临床用药指导。其中目前应用最成熟的就是药物敏感性测试和临床用药指导,也就是上文中提到的囊性纤维化(CF)患者Heijden的案例。

除了囊性纤维化疾病的治疗外,类器官在肿瘤治疗领域也取得了广泛的关注和重要进展。权威杂志Nature Communication 2015年发表的一项研究结果,利用13例结肠癌患者组织,对比类器官和KARS基因测序在靶向药物EGFR抑制剂西妥昔单抗 (Cetuximab)的临床反应性预测方面的价值,发现类器官预测准确性(92%)远高于KARS基因测序(~20%);在42例头颈部肿瘤中,对比类器官与临床标准患者选择方案FOLFIRI化疗方案的临床反应性,发现基于类器官预测准确性(95%)亦远高于临床治疗指南推荐标准治疗方案的准确性(~66%)。

2018年权威杂志Science发表的另一项研究结果,利用71例胃肠癌患者活检获得的110份组织,评估了类器官在化疗药物紫杉醇5-FU顺铂以及靶向药物西妥昔单抗(Cetuximab) 、 瑞戈非尼(Regorafenib)的临床反应性方面的预测价值,结果显示类器官在药物敏感性预测性方面的灵敏度100%特异度93%阳性预测值88%阴性预测值100%,极具临床应用价值。

五元生物科技公司类器官技术

五元生物科技公司致力于建立全国最大的“人工智能类器官大数据生物样本库”,目前已经成功培养小鼠和人的肺、肝、肠等类器官。2018年底,公司与同南京江北新区科技投资集团有限公司签署战略合作协议,在南京建立类器官生物样本库分库,该样本库及其产生的相关生物信息学和健康医疗数据将成为南京国家健康医疗大数据中心的重要组成部分。此外公司与多家三甲医院以及顶尖跨国制药企业达成科研战略合作关系,以共建类器官大数据生物样本库为基础,以类器官和肿瘤为研究主题,进行新药研发、精准医疗等方向的基础医学和转化医学研究。

人肝脏类器官

 

 

参考文献:

1. The organoid architect. Science. 2017,357 (6353): 746-749.

2. Predicting clinical response to anticancer drugs using an ex vivo platform that captures tumor heterogeneity. Nat Commun. 2015,6:6169.

3. Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers. Science. 2018, 359: 920–926.

4. Human tissues in a dish: The research and ethical implications of organoid technology. Science. 2017, 355: 260.