肿瘤类器官是基础和转化癌症研究的重要模型平台，能够概括原代组织的组织病理、遗传和表型特征。然而，该新兴技术存在局限性，且类器官培养的标准和成功培养的定义尚不明确。
今天小学社要和大家一起来看一篇关于类器官培养标准化的综述论文。本文强调了类器官培养存在的局限性，介绍了肿瘤类器官培养标准化的新方法，并对应用类器官概括肿瘤异质性进行了展望。一起来看看吧！
建立一个有效的体外模型来代表肿瘤的异质性和生物学特性是至关重要的，但也具有挑战性。肿瘤异质性目前分为肿瘤间异质性和肿瘤内异质性。分析肿瘤之间或肿瘤内异质性有助于促进肿瘤研究，这需要原代肿瘤培养物的标准化和可重复性。
肿瘤类器官已成为基础和转化癌症研究的代表性平台，与细胞系和患者源异种移植模型相比具有独特的优势，但目前缺乏标准化的培养方法，可能会影响人们对肿瘤生物学的准确判断。
本文总结了当前类器官培养方法的不足之处，介绍了类器官标准化的最新研究成果，并展望了类器官的前景。通过深入了解本文内容，将对肿瘤研究中的类器官培养有更全面的了解。
1.1肿瘤组织取样的局限性
由于肿瘤的异质性，单一的组织样本可能无法全面代表整个肿瘤的特征，不利于药物筛选和生物标志物的发现。此外，组织来源的健康细胞可能污染肿瘤类器官，限制其在肿瘤生物学中的应用；在采集样本之前对肿瘤患者的治疗可能影响类器官的表型和药物反应。
1.2原代组织处理方法的局限性
通过酶解法将肿瘤样本分离成单个细胞有助于类器官培养，但会破坏细胞间相互作用，扩展非肿瘤细胞。相比较之下，机械切割后进行3D培养的方法保留了组织和肿瘤微环境（TME）细胞成分的原始结构，有助于调节类器官形成和表型，但可能会损坏样本并减少成功培养类器官所需的活细胞数量。
1.3类器官培养环境的局限性
首先，类器官的生成需要了解干细胞微环境和允许干细胞自我更新和增殖的特定因子。然而，由于肿瘤的异质性，不同类型的肿瘤可能需要不同的培养基配方，这增加了类器官培养环境的复杂性。
其次，类器官 ECM 是指类器官模型中的细胞外基质，需要使用生物材料，如基质蛋白、胶原蛋白、明胶等。然而，这些生物材料的来源和质量可能会影响类器官 ECM 的构建和研究应用。并且大多数体外类器官依赖于动物源性支架，其成分不明确且可调性差，这使得培养操作难以标准化，并限制了对类器官与ECM相互作用的理解。
图1
2.1类器官样本采集标准化
类器官培养标准化的进展始于旨在识别肿瘤内和肿瘤间异质性的类器官研究。来自多个部位或子区域的组织样本将能够建立更准确的肿瘤类器官模型，并分析类器官的基因组学、转录组学、形态学和药物反应。尽管组织收集还没有完全标准化，但先进的程序已经突破了技术瓶颈。
2.2类器官构建流程和培养环境标准化
为了使肿瘤碎片的类器官构建标准化，科研人员开发了多种新型技术（图2）：
显微切割技术：改善组织切割的一致性并保留了原始TME；
U形微孔技术：可定制初始细胞计数并使得类器官大小和形态均匀增加；
3D气-液界面（ALI）培养技术：支持类器官生成、致癌转化和长期体外培养。
为了肿瘤类器官培养环境标准化，生长因子的生产和纯化应符合标准应，保持临床转化的可重复性；弹性调节细胞外基质有利于类器官表型分析和药物敏感性分析，拓展肿瘤生物学和肿瘤治疗的研究。
图2
2.3类器官TME标准化
不同的类器官培养方法可以在体外模拟肿瘤的免疫微环境，目前主要包括两种模型：重建TME模型和整体原生TME模型。
重建TME模型采用基质胶包被的培养方法，分离外源免疫细胞后与类器官共同培养。这种方式培养的类器官在遗传和病理水平上都与原始肿瘤组织高度一致，可以用于体外疾病建模和药物筛选，并且可以在功能上模拟肿瘤患者对临床治疗的反应。然而，这种完全浸没类器官的培养方法不能保留基质细胞，因此需要外源添加免疫细胞来构建TME。
与之不同的是，整体原生TME模型是将肿瘤上皮细胞与基质内源性免疫细胞一起培养，主要包括ALI细胞培养和微流控3D培养：
ALI培养：保留了原始肿瘤的基本遗传特征和TME的复杂细胞组成和结构，为体外免疫TME建模提供综合策略，探索多种不同细胞群之间的相互作用；
微流控3D培养：将3D打印支架集成的微流控装置用于三维动态细胞培养（器官芯片）与类器官结合，模拟细胞外基质和微循环的体外三维培养模型，这种类器官芯片系统的出现为研究提供了一个更加精准可控的平台。
1.类器官形成的未来机遇
肿瘤器官模型在临床前研究中需要重现肿瘤的异质性；
建立类器官模型生物库帮助我们理解肿瘤表型，有助于深入研究肿瘤演化；
精准医学的发展将加速类器官标准化进程，阐明初始细胞群如何通过对肿瘤细胞的某种选择来调控类器官的构建；
细胞条形码和基于机器学习的成像技术的积累有助于在细胞水平上定量监测类器官的扩张及其临床应用。
2.类器官培养基的未来机遇
研究健康干细胞和肿瘤干细胞微环境之间的差异，有助于探索肿瘤的发病机制和培养基配制所需的潜在机制；
开发合适的培养基，以更好地模拟肿瘤信号并预测肿瘤样体对药物反应；
了解介质成分以支持异种细胞交互作用；
需要创新的技术平台，以解决空间异质性和时间问题。
3.类器官ECM的未来机遇
开发精密工程材料平台，以探索匹配生物输出和效率的最低要求；
提升肿瘤细胞与动态 ECM 相互作用的技术，以更好地了解其生物学作用。
基础研究和肿瘤细胞培养技术的发展促进了肿瘤生物学的进步。建立人类癌细胞系和单细胞测序技术让我们更深入地了解肿瘤组织，而肿瘤类器官培养则扩展了我们对不同肿瘤的认知。
但是，每种癌症模型在再现患者肿瘤特异性方面都有固有的局限性，因此选择合适的模型是每项研究成功的基础。在本综述中，研究人员强调了类器官培养的现有局限性，介绍了肿瘤类器官培养标准化的新兴方法，并提出了应用类器官来概括肿瘤异质性的前景。标准化规则下类器官模型的成功构建将加速其在转化医学和精准医学中的应用。
参考文献：
Zhou C, Wu Y, Wang Z, Liu Y, Yu J, Wang W, Chen S, Wu W, Wang J, Qian G, He A. Standardization of organoid culture in cancer research. Cancer Med. 2023 Apr 20. doi: 10.1002/cam4.5943. Epub ahead of print. PMID: 37081739.
来源：类器官学社
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