類器官是一種由干細胞或成體組織來源的多種細胞類型自組裝形成的三維細胞結(jié)構(gòu)，在體外能夠長期存活并且可以模擬真實器官的結(jié)構(gòu)和功能。類器官可以為藥物開發(fā)和組織工程等應用提供快速且經(jīng)濟高效的模型，常用于疾病機制、藥物篩選和再生醫(yī)學等領(lǐng)域的研究^[1]。類器官可以分為兩大類，來源于胚胎干細胞（ESCs）或誘導多能干細胞（iPSCs）的體外分化產(chǎn)物和來源于成體組織中存在的干/祖細胞或成熟上皮細胞。類器官的發(fā)展經(jīng)歷了從單一細胞類型到多種細胞類型，從靜態(tài)培養(yǎng)到動態(tài)灌流，從單一類器官到多種類器官互聯(lián)等階段。目前，科學家們已經(jīng)成功構(gòu)建了包括肝臟、肺臟、腎臟、心臟、胰腺、皮膚、眼睛等在內(nèi)的多種類器官^[2]

^{由于類器官技術(shù)具有時間短、成本低、生理相關(guān)度高等優(yōu)勢，近年來備受科學家的青睞，成為國際頂級學術(shù)期刊的座上賓。作為最大的一類酶聯(lián)受體，酪氨酸激酶（RTKs）既是生長因子的受體，也能夠催化下游靶蛋白的磷酸化。目前報道共有 58 種 RTKs ，可分為 20 個家族，包括大名鼎鼎的 EGFR 家族，EGFR 家族受體的異常激活與多種腫瘤相關(guān)，也是抗腫瘤藥物研究的重要靶點[3]。結(jié)直腸癌（Colorectal cancer, CRC）是最常見的惡性腫瘤之一， CRC 的增殖和生存依賴于 RTK 信號通路中的 EGFR ，針對 EGFR 信號通路的抗體藥物可以靶向阻斷 RTK 信號通路，從而抑制腫瘤生長[4]。WNT（Wingless-Type MMTV Integration Site Family）信號通路在維持身體的穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)揮著重要功能，不僅參與調(diào)控細胞增殖、遷移、極性和死亡，也參與干細胞的效力維持和分化誘導。WNT 信號通路的異常激活與多種癌癥包括 CRC 的發(fā)生有關(guān)[5]。結(jié)直腸癌干細胞（CSC）具有自我更新和分化能力，與結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移和治療耐受有著密切的聯(lián)系。科學家們將 CRC 中 CSC 的靶點作為抗體研發(fā)的方向，設計了靶向 WNT 和 RTK 通路的雙特異性抗體（bAbs）MCLA-158 ，并研究了其在 CRC 來源的類器官上的有效性與安全性。該研究于 2022 年 4 月發(fā)表于《Nature Cancer》雜志上，標題為 “Functional patient-derived organoid screenings identify MCLA-158 as a therapeutic EGFR × LGR5 bispecific antibody with efficacy in epithelial tumors”（圖 1）[6]。}

圖 1 相關(guān)文章

類器官來源于患者體內(nèi)提取的樣本，可以在實驗室條件下生長，它們通過繁殖可以形成具有某些特性的腫瘤結(jié)構(gòu)。醫(yī)生為患者制定最佳治療方案時，類器官可以提供極大的幫助，目前科學家們還在探索特定癌癥藥物研發(fā)過程中類器官的作用?？贵w是由身體自然產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，可以用來識別感染因子或變異細胞，使它們被免疫系統(tǒng)的淋巴細胞（白細胞）清除^[2]。這篇文章中，研究者利用來自多種上皮腫瘤的患者源類器官（PDOs）作為體外藥物篩選平臺，從親和力、穩(wěn)定性、配體阻斷活性等方面鑒定出超過 500 個 WNT×RTK 雙特異性抗體（ bAbs），對 500 多種 bAbs 進行功能評價，尋找能夠有效抑制腫瘤干細胞而不損傷正常干細胞的候選藥物?？茖W家們發(fā)現(xiàn)了一種雙特異性抗體（bAbs）MCLA-158 ，能夠同時靶向 WNT 和 RTK 信號通路，特異性地識別并降解 EGFR ，從而抑制腫瘤干細胞的生長和存活，但對正常的結(jié)腸干細胞幾乎沒有毒性。在體外和體內(nèi)模型中，MCLA-158 均可以有效地阻斷腫瘤轉(zhuǎn)移起始、延緩復發(fā)、并且抑制原發(fā)腫瘤的生長。

高內(nèi)涵成像技術(shù)是一種利用自動化顯微成像和圖像分析軟件對細胞、亞細胞或組織的形態(tài)、功能和相互作用進行定量和多參數(shù)分析的檢測方法。高內(nèi)涵成像技術(shù)可以提供豐富的信息，如細胞增殖、周期、死亡、信號通路、標志物表達、共定位等，適合藥物篩選和毒性評價等領(lǐng)域的研究。本研究中，科學家們構(gòu)建和培養(yǎng)了 CRC 患者來源的原發(fā)、肝轉(zhuǎn)移、癌旁正常類器官（PDOs）庫以及正常結(jié)腸黏膜樣本（NCOs），對 500 多種 bAbs 進行功能評價，并且使用 Molecular Devices 高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)對類器官進行藥物篩選和功能評價。研究人員使用 ImageXpress 高內(nèi)涵細胞成像分析系統(tǒng)（Molecular Devices），通過全自動高速顯微成像，快速捕獲類器官的圖像。使用 ImageXpress Micro XLS 高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)對類器官進行成像（圖 2 及圖 3），并通過 MetaXpress 圖像分析軟件，對類器官的形態(tài)變化、標志物表達、生長抑制率等參數(shù)進行量化分析（圖 3）。使用 ImageXpress Micro Confocal 高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)捕獲類器官的共聚焦圖片（圖 4）。結(jié)果顯示 MCLA-158 處理后， EGFR 與抗體共定位并呈點狀分布在胞漿內(nèi)，這表明 MCLA-158 可以將 EGFR 內(nèi)化。通過高內(nèi)涵成像系統(tǒng)，研究人員發(fā)現(xiàn) MCLA-158 能夠特異性地識別并降解 EGFR ，而且可以抑制 LGR5 標志的腫瘤干細胞的生長和存活。并且，MCLA-158 抗體不會干擾健康細胞的功能，這對維持組織的正常功能是至關(guān)重要的。

圖 2 MCLA-158 特征

圖 3 篩選患者源類器官（PDOs）的雙特異性抗體（bAbs）

圖 4  MCLA-158 或西妥昔單抗處理后 EGFR 內(nèi)化和降解

在藥物研發(fā)的早期階段，使用類器官有助于識別對大多數(shù)患者有效的抗腫瘤藥物。使用健康組織的類器官可以幫助研究人員評估藥物對健康細胞的傷害和副作用，從而在研究的早期階段篩選出毒性較大的抗體^[6]。這篇文章展示了高內(nèi)涵成像技術(shù)在類器官藥物篩選中的應用和優(yōu)勢，為藥物研發(fā)過程中對類器官的使用奠定了基礎(chǔ)，也為基礎(chǔ)醫(yī)學和轉(zhuǎn)化醫(yī)學提供了新的思路和方法。

參考文獻：

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[4]. Sandra M, Rona Y, et al. Emergence of KRAS mutations and acquired resistance to anti-EGFR therapy in colorectal cancer. Nature, 486, 532-536 (2012).

[5]. Mazieres J, He B, et al. Wnt signaling in cancer. Cancer Letters, 222, 1-10 (2005).

[6]. Herpers B, Eppink B, et al. Functional patient-derived organoid screenings identify MCLA-158 as a therapeutic EGFR x LGR5 bispecific antibody with efficacy in epithelial tumors. Nature cancer, 3, 418-436 (2022). 

文章轉(zhuǎn)載來源：美谷分子儀器