关键词:
肺癌
肿瘤类器官
中药提取物
澳洲茄边碱
功能性筛选
Hedgehog通路
摘要:
肺癌是全球最常见的、导致死亡人数最多的呼吸系统恶性肿瘤,严重危害着我国人民的身体健康。肺癌新药的发现一直是制药工业和临床研究的热点,虽然临床上广泛应用着有EGFR、ALK等靶点的新药,但是目前仍需要发现更多的新药分子以供大部分肺癌患者及耐药患者使用。新药先导化合物的发现是新药研发的关键,而有意义的新药先导化合物的发现需要选择临床相关性高的检测技术方法和建立高质量的药物化合物库。
肿瘤类器官技术是一种新型的体外3D细胞培养技术,被认为是近十年来肿瘤干细胞技术的重大突破。体外培养的肿瘤类器官不仅能够有效建立基于肿瘤组织的体外肿瘤模型,而且具有与肿瘤组织类似的遗传背景、细胞结构及连接方式,能够有效保留大量的肿瘤生物学信息以及肿瘤对药物反应的特征,这使其成为肿瘤个性化医疗和抗癌药物研发的重要工具。提取肺癌患者的肿瘤组织并建立肺癌类器官库,进而建立基于该类器官库的药物筛选模型具有个体多样性高、临床相关性强、表型检测信息量大、药物筛选通量高等特点。
药学专家及生物医学专家在过去的研究中创造了大量化合物合成技术,也构建了庞大的人工合成化合物库,然而,与大自然中的化合物规模相比仍然非常渺小。中药是中华民族的瑰宝,中药中化合物的规模远远高于现有人类所能合成的化合物的规模,但是由于中药成分复杂,临床科学的评价方法困难,虽然近年获得一定的突破,仍待进一步提高。中药现代化是指用现代新药研发的思路和方法,通过现代化肿瘤检测技术和高通量筛选技术,筛选、研究和开发中药及其天然提取物,为中药现代化提供新的思路。中药现代化是目前推动中药获得临床认可的重要手段,也是本研究的重要指导思想。
目的:
本研究按照现代生物医药研发的思路和方法,利用肿瘤类器官标本库、天然化合物标本库、高通量药物筛选平台、肿瘤细胞生物学和肿瘤信号通路研究等技术平台,模拟临床应用中的药物反应,探讨、筛选提取自中药的天然化合物,并对其进行机制检测,探索新的抗癌新药发现模式。
方法及结果:
第一部分:肺癌肿瘤类器官模型的建立
1.肺癌肿瘤标本的获取
本研究所用肺癌肿瘤组织,依靠研究者发起的临床试验,包括“非小细胞肺癌肿瘤类器官临床相关性研究”,“北京胸科医院伦理委员会的伦理批件号为“2018年临审第48号”。根据临床研究设定的入组标准,入组患者签署知情同意后,在手术或者穿刺组织转移到实验室进行肿瘤类器官建模。
2.肿瘤类器官模型的建立和培养
2.1酶解单细胞和肿瘤细胞分离
将肿瘤组织剪成小块(约1-2mm),磷酸盐缓冲液清洗3次,转移至50ml离心管中,视组织块大小加入5-6倍的0.25%胰酶解复合物溶液,组织在电动匀浆器的搅动下变成细小碎片,在37℃,200rpm摇床中酶解1小时。孵育1小时后,使用200/300目尼龙网过滤细胞2次,获得无明显细胞团块形成的单细胞悬液或者接近单细胞的少量细胞的悬液,其在经过二次离心后以磷酸缓冲盐进行重新悬浮。加入到培养基的蔗糖层面上,再次离心分离肿瘤细胞层。
2.2类器官放大培养步骤
将悬液快速转移至培养液中,混匀,离心后弃上清,然后加入细胞培养液中。向15ml离心管中加入5-9ml培养液(取8ml),使用移液管将细胞悬液转移进该离心管,5min低速(1000rpm/min)离心,弃上清,之后用8ml培养液清洗。再次离心并弃上清,加入3ml培养液到离心管中,混匀(滴管轻吹)。将离心管中的混合液(分离得到的肿瘤细胞)加入三维培养基质中,低温条件下在特制的细胞培养器中完成种植,37℃孵育30min后,待肿瘤层形成,加入到含有经过优化的生长因子和营养成分EGF、noggin、R-spondinl等的培养层中,这些成分将提供肿瘤类器官生长的微环境。类器官被培养在三维环境内,每天观察细胞的状态。细胞团不断长大,颜色透亮,一周内镜下观察克隆直径大于200微米的类器官判定为状态较好;细胞团不生长,颜色呈棕色,一周内镜下观察直径小于50微米,判定细胞死亡或者无法扩增。
2.3类器官建库步骤
放大培养的肿瘤类器官经蛋白酶酶解,消化为单细胞状态。离心后用培养基重悬,重悬的细胞进行计数,重新离心后,按照2×106细胞/管置入类器官冻存液。之后通过程序降温,最后转移到液氮中长期超低温保存。
2.4结果:
取材时间为2018年1月至2019年1月,标本取自首都医科大学附属北京胸科医院胸外科的肺癌手术患者,共收集27例标本,利用其培养条件筛选和优化系统,成功确立肺癌细胞3D类器官培养的条件并构建了24例肺癌患者的类器官模型,其中患者男性13例,患者女性1 1例,腺癌患者13例,鳞癌患者11例,年龄分布从47-68岁,Ⅰ期7例,Ⅱ期11例,Ⅲ期6例,肿瘤直径1-3cm大小13例,肿瘤直径3-5cm大小7例,肿瘤直径大于7cm的4例,总建模成功率达到88.9%,建模周期稳定在3-4周左右。