前列腺癌的异质性和治疗耐药性仍是当前面临的挑战。本文介绍一种用于建立患者来源类器官(PDOs)的实验方案,该类器官可保留亲本肿瘤的关键特征。这一标准化模型有助于药物筛选及精准医学的发展。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
前列腺癌的异质性和治疗耐药性仍是当前面临的挑战。本文介绍一种用于建立患者来源类器官(PDOs)的实验方案,该类器官可保留亲本肿瘤的关键特征。这一标准化模型有助于药物筛选及精准医学的发展。
前列腺癌(PCa)是一种高度异质性的恶性肿瘤,也是男性癌症相关死亡的主要原因之一,在治疗耐药性和疾病进展方面存在显著的临床挑战。现有的临床前模型,如二维(2D)细胞系和患者来源的异种移植瘤(PDXs),在真实再现前列腺癌复杂性方面存在局限性,包括肿瘤异质性、雄激素受体(AR)依赖性信号通路以及微环境相互作用。为弥补这一不足,本研究提出了一种稳健且可重复的患者来源类器官(PDOs)建立方案,能够保留亲本肿瘤的遗传、表型和组织学特征。该方法可用于培养来自局限性和晚期前列腺癌的类器官,为研究疾病机制、药物反应及生物标志物发现提供了具有生物学相关性的模型。结果表明,该方案能够从多种临床样本中成功生成类器官,并可应用于高通量药物筛选和精准医学。通过提供一种标准化的操作流程以解决关键技术难题,本研究强调了PDOs作为推动前列腺癌研究和开发更有效治疗策略的多功能工具的重要性。
前列腺癌(PCa)仍是全球男性中最常见的恶性肿瘤之一,其癌症相关死亡率仅次于肺癌。根据近期的流行病学研究,全球前列腺癌的发病率持续上升,预计每年新增病例数将从2020年的140万例增至2040年的290万例1。尽管在早期检测以及新型疗法(包括雄激素剥夺治疗(ADT)和靶向药物)的开发方面取得了进展,但由于前列腺癌具有高度异质性,且在疾病进展过程中不可避免地产生治疗耐药性,尤其是在晚期阶段,该病仍构成重大的临床挑战2。在ADT治疗失败后出现的去势抵抗性前列腺癌(CRPC)是该疾病的一种致死性形式,其特征是生存预后差且治疗选择有限3。因此,阐明驱动疾病进展和耐药的分子机制,对于发现新的治疗靶点并改善患者预后至关重要。
开发能够准确模拟人类前列腺癌复杂性的临床前模型,对于推动该领域的研究至关重要。尽管传统的二维细胞培养技术被广泛使用,但其无法重现体内所观察到的细胞异质性、肿瘤结构以及微环境in vivo4。因此,这些模型的转化应用价值有限,尤其是在研究肿瘤进展、药物耐药性以及癌细胞与肿瘤微环境之间动态相互作用方面5。相比之下,患者来源的异种移植模型(PDX)和类器官培养技术已成为更为先进的工具,能够在传统细胞系与临床肿瘤之间架起桥梁4,5,6。
类器官培养系统彻底改变了癌症建模研究。这些三维(3D)结构来源于患者组织,能够保留原始肿瘤的组织学、基因组和表型特征7,8,9,10 。重要的是,前列腺癌类器官保留了疾病异质性的关键特征,包括雄激素受体(AR)信号通路、治疗耐药性以及基因组不稳定性,使其成为转化研究的理想工具11。与PDX模型相比,类器官更具成本效益,易于扩增,并且更适用于遗传操作,有利于开展高通量药物筛选、生物标志物发现和功能研究。类器官平台在其他恶性肿瘤(包括结直肠癌、乳腺癌和胰腺癌)中已显示出良好的应用前景,凸显了其在个体化肿瘤学中的巨大潜力4,12。
然而,前列腺癌类器官(PCOs)的建立与维持面临独特的技术挑战。前列腺上皮本质上依赖于雄激素信号传导和细胞外基质(ECM)支持,因此需要特殊的培养条件。此外,前列腺癌在临床上表现出广泛的行为差异,从局限性的激素敏感性肿瘤到高度侵袭性、治疗抵抗性的去势抵抗性前列腺癌(CRPC),这进一步增加了可重复类器官系统开发的复杂性11,12。成功的PCO培养方案必须通过优化关键步骤来应对这些生物学复杂性,包括组织处理、酶消化、ECM包埋,以及添加关键生长因子、激素和小分子。此类方案对于确保类器官与其来源肿瘤的一致性,并推动其在后续分析中的应用至关重要。
本研究中,我们提供了一套详细且可重复的类器官建立与长期维持方案。我们的工作流程涵盖了从活检和手术标本的组织获取与处理,到类器官传代、冷冻保存及复苏的全过程(图1)。该方案经过优化,可有效保持前列腺癌组织的表型和基因组完整性,从而建立适用于多种应用的稳定三维培养系统,包括基因组分析、药物反应测试和功能实验。值得注意的是,本方法解决了类器官培养中常见的技术难题,如培养成功率低、生长状态不佳以及后续传代困难等问题,并提供了标准化操作指南,有助于在不同实验室之间实现结果的可重复性。
建立可靠的前列腺癌类器官模型对于基础研究和转化研究均具有重要意义13。这些系统为解析疾病机制、发现新的治疗靶点以及推进针对个体患者的精准医学策略提供了强大的平台。通过弥补现有技术空白并提供一套全面的实验方案,我们的工作旨在加速类器官技术在前列腺癌研究中的应用,并支持全球范围内抗击这一难治性疾病的努力14。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本研究经无锡市第二人民医院医学伦理委员会审查并批准(批准文号:Y-38 (2023))。所有参与者均签署了书面知情同意书。患者数据经过去标识化处理,以确保符合伦理标准的隐私保护。
1. 样品采集
2. 实验步骤
3. 从原代细胞悬液建立类器官
4. 类器官传代
5. 类器官冷冻保存
6. 类器官回收
7. 类器官表征的分析前处理
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
患者来源的前列腺癌类器官的形态学与动态生长特征
患者来源的前列腺癌类器官已成功从临床操作中获取的新鲜肿瘤组织建立。通常在培养后5–7天内即可观察到类器官的初始形成(图2)。在明场显微镜下,类器官表现出明显的形态学特征,形成致密、边界清晰的球状结构或类似腺体的结构。来自腺癌样本的类器官呈现出更规则、类似上皮样的组织结构,而来自更具侵袭性或低分化的肿瘤样本的类器官则常形成不规则、松散聚集的细胞团。
值得注意的是,类器官保留了原始肿瘤的结构特征, closely mimicking 组织学切片中观察到的腺体结构。类器官在培养期间表现出稳定的扩增能力,其体积和细胞密度均显著增加,表明其在体外成功适应并持续增殖。in vitro。真正的类器官需要验证其结构完整性、功能能力和遗传稳定性,通常通过苏木精-伊红(H&E)染色和免疫组织化学(IHC)分析进行评估。相比之下,细胞聚集体缺乏空间有序结构和稳定的遗传传递。
为进一步...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
建立前列腺癌(PCa)类器官是临床前模型研究中的一项关键进展,相较于传统的二维细胞培养和PDX模型具有显著优势16。本研究提出的方法能够生成在组织学、遗传学和表型特征上高度模拟原始肿瘤的类器官。通过保留肿瘤异质性,包括雄激素受体(AR)信号通路和细胞结构,这些类器官为研究前列腺癌的进展、治疗耐药性以及个体化治疗反应提供了更具生物学相关性的平台17。该方法可从局限性和晚期前列腺癌样本中均成功培养类器官,确保其适用于不同疾病阶段,填补了当前前列腺癌研究中的一项未满足需求18。
该方案的一个关键优势在于其可重复性和可扩展性,有助于开展基因组分析、高通量药物筛选和功能研究等下游应用。与PDX模型相比,前列腺癌类器官更具成本效益,所需资源更少,且可在更短的时间内完成培养。此外,本方案包含了优化的冷冻保存和复苏步骤,能够在维持基因组和表型完整性的同时,确保类器官的长期存活能力。这一特性支持类器官生物样本库的建立,可为协作研究、回顾性分析以及群体水平的研...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
作者衷心感谢国家自然科学基金(项目编号:82172831)和江苏省卫生健康委员会重点研究项目(项目编号:X20240121)的支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| A 83-01 | TOCRIS | 2939 | |
| adMEM/F12 | Gibco | 12634010 | |
| 生物安全柜 | 济南新北西生物科技有限公司 | ||
| 细胞回收溶液 | 康宁 | 354253 | |
| 离心机 | 深圳瑞沃德生命科技有限公司 | M1416R | |
| 离心管 | 南京易瑞生物技术有限公司 | ||
| Cultrex PathClear BM | R&研发 | 3533-010-02 | |
| Cultrex 减少生长因子基底膜提取物,2 型 | R&研发 | 3533-005-02 | |
| 培养容器(24孔低吸附板) | thermo | Nunc-174930-ZX | |
| DHT | ISOREAG | 521-18-6 | |
| 电子天平 | 南京维立志博生物科技有限公司 | ||
| 胎牛血清 | Gibco | 10099141 | |
| 谷氨酰胺Plus-200mM | R&研发 | B90210 | |
| HEPES | R&研发 | 1254/10 | |
| 湿润的细胞培养箱(37°C,5% CO2) | 上海和田科学仪器有限公司 | HY-160SY | |
| 冰盒 | 南京诺唯赞生物科技股份有限公司 | ||
| 中等大小的培养皿 | 苦艾素 | abs7005 | |
| N21-MAX 培养基添加剂(50X) | R&研发 | AR008 | |
| N-乙酰半胱氨酸 | Sigma | A9165-5G | |
| 烟酰胺 | R&研发 | 3533-010-02 | |
| Normocin | Invivogen | ant-nr-2 | |
| Pipet-aid 移液器辅助装置 | 南京霍普特科学仪器有限公司 | ||
| 移液器 | 南京霍普特科学仪器有限公司 | ||
| Primocin | Invivogen | ant-pm-2 | |
| rhEGF | R&研发 | 236-EG-01M | |
| rhFGF | R&研发 | 233-FB-025 | |
| rhFGF-10 | R&研发 | 345-FG-025 | |
| rhNoggin | R&研发 | 6057-NG-100 | |
| rhR-Spondin 1 | R&研发 | 4656-RS-100 | |
| SB 202190 | TOCRIS | 1264 | |
| 单细胞悬液制备装置 | 真实世界数据 | DSC-400 | |
| 组织剪/手术刀 | 南京易瑞生物技术有限公司 | ||
| TryplE Express | Gibco | 126A04013 | |
| 人类肿瘤解离试剂盒 | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | |
| 镊子 | 南京宜研生物科技有限公司 | ||
| 水浴锅 | 常州中捷实验仪器制造有限公司 | HH-600 | |
| Y-27632 二盐酸盐 | R&研发 | 1254/10 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。