来源于患者肿瘤组织的脑干胶质瘤类器官及精准药物筛选

【作者】 谢璐阳； 蒋壮； 周航； 徐骋； 张力伟；

【机构】 首都医科大学附属北京天坛医院； 北京市神经外科研究所； 国家神经系统疾病临床医学研究中心；

【摘要】 目的脑干胶质瘤传统的临床前试验主要依赖于肿瘤原代细胞系,但细胞系存在建系时间长、成功率低,无法保留原始肿瘤特征等问题;类器官具有与原始肿瘤相似的空间结构、细胞组成,可以在体外保持活性并完成新陈代谢,培养周期短、成功率高,尤其适合获取标本困难、标本量少的情形。传统药筛所使用的药物库过于泛化冗杂,筛选成本大、时间长,阳性率低,难以透过血脑屏障。我们预先通过特定基因表达特征预测出潜在敏感药物并选用合适的临床给药模式,期望在脑干胶质瘤类器官新模型上应用精准药物筛选的新思想,实现对传统药筛的超越和革新,并为未来的临床试验替身试药创造条件。方法 1)体外建立来源于患者肿瘤组织的脑干胶质瘤类器官,表征并鉴定临床前模型的亲本一致性;2)对既往细胞系和组织的多组学测序数据联合分析(全外显子,转录组,单细胞转录组,代谢组等)得到H3K27M突变造成的基因转录水平关键改变;3)建立不同目的导向的药物化合物库;4)体外对原代细胞系及类器官进行高通量药物筛选和验证;5)体内小鼠脑干原位成瘤模型在不同给药模式下的药效和安全性验证;6)脑干胶质瘤类器官药筛临床试验方案设计。结果 1)体外建立来源于患者肿瘤组织的脑干胶质瘤类器官逾70例,综合成功率超过80%,可涵盖WHO I-IV级脑干各组织病理类型、各分子突变特征肿瘤,经病理染色、测序证实与亲本肿瘤具有遗传一致性;2)多组学联合分析证实脑干胶质瘤在细胞周期、DNA损伤修复等通路具有异质性,H3K27M突变造成了独特的基因表达特征,具有DNA合成的独特代谢途径,并可通过基因表达模式预测潜在敏感药物;3)共建立多种用途导向药物化合物库并在多种临床前模型上完成了体外高通量药物筛选验证:探索新靶点的机制导向库(Cell cycle/DDR,筛选出三类新靶点)、H3K27M精准药物库(4类药物,pM级)、靶向代谢药物库、临床功能性药物库;4)体外在类器官上同时完成表观调控药物,免疫治疗及溶瘤病毒的替身试药和效果评价;5)体内通过鞘内/腹腔注射,纳米载体,原位给药验证了筛选药物的有效性和安全性;6)完成脑干胶质瘤类器官鞘内药物筛选及临床干预研究(BSGO-IT)方案设计。结论脑干胶质瘤类器官可以稳定建立并保留来源于患者肿瘤的关键特征。基于类器官可以实现患者的替身试药,基于精准药筛思想的药物库建立极大提高了脑干胶质瘤药物筛选效率,降低了转化成本,并可结合类器官模型进行临床试验。更多还原