胶质母细胞瘤培养细胞的荧光显微图
胶质母细胞瘤培养细胞的荧光显微图(Alex Gray / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

把患者肿瘤制成大小较一致的测试模型

海德堡大学(Heidelberg University)等机构在 NPJ Precision Oncology 报道一种自动化胶质母细胞瘤药物筛查平台。研究使用 11 位患者的手术组织,包括 9 例初诊和 2 例复发肿瘤,比较不同药物对患者来源肿瘤类器官的影响。

团队从影像增强区域选取质量较好的组织,排除坏死较多或不足以完成筛查的样本。肿瘤解离成单细胞后,在低黏附孔板中重新聚集形成三维结构。正式筛查每个模型使用约 25,000 个细胞,以兼顾一致性和少量细胞群的保留。

这些结构通常在 1–2 天内变紧实,直径比接种时缩小至少 60%,随后在约 10 天观察期内保持相近大小。ATP 检测显示代谢活性随时间增加;活死染色、GFAP 和 Tenascin C 染色则用于检查存活状态及组织样结构。

先单浓度筛查,再复测每例抑制存活最强的 5 种药物

第一阶段采用美国国家癌症研究所的 AODX 药物库,包含 166 种已获 FDA 批准的肿瘤相关药物。各药物以 2.5 μM 处理 72 小时,每个条件设置 3 个技术重复孔,用 CellTiter-Glo 3D 测量存活相关的 ATP 信号。

统一浓度接近该药物库所收集血清峰浓度的中位数,便于开展第一轮比较。团队同时在每块板上设置溶剂、未处理和强效杀伤参照,并通过液体处理机器人完成加药。

第二阶段对每例初筛中使存活比例最低的 5 种药物绘制剂量反应曲线,浓度覆盖 3 nM–10 μM,继续处理 72 小时。11 例中有 1 例因细胞不足无法完成这一阶段,最终得到 10 例的复测结果。整个流程可在术后约 8 天内完成。

同一手术样本的独立重复筛查受材料量限制,因此各孔的重复主要反映技术一致性。研究保留每位患者的药物反应,再汇总不同作用机制的共同敏感性。

部分蛋白酶体和 HDAC 抑制剂明显降低类器官存活

在这组模型和初筛浓度下,166 种药物中有 8 种的平均存活比例降到 50% 或更低。每位患者表现最好的 10 种药物合并后共有 35 种,涵盖 14 类作用机制,各模型之间仍有明显差异。

类器官对蛋白酶体抑制剂卡非佐米、硼替佐米和伊沙佐米较敏感;组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)抑制剂罗米地辛和帕比司他也有较强作用。此外,部分拓扑异构酶抑制剂降低了类器官存活。聚类分析把作用机制相近的药物分到相邻组。

剂量反应复测中,卡非佐米在全部 10 例中都属于初筛选出的 5 种候选药物,硼替佐米和伊沙佐米各出现在 80% 的病例中。3 种蛋白酶体抑制剂的平均 IC50 分别约为 91、64 和 38 nM,罗米地辛则低于 3 nM。

蛋白酶体抑制剂在初筛中的平均存活比例约为 22%–24%,不同患者的范围仍较宽。按 MGMT 甲基化状态分析时,拓扑异构酶抑制剂拓扑替康出现较明显差别,部分优先候选则没有相同变化。

初诊与复发模型之间,本次没有观察到明显药物反应差别。作者同时保留复发组只有 2 例的样本情况,后续队列需增加这类患者,以进一步研究治疗史与敏感性的关系。

候选药物还要结合暴露资料判断

团队将 IC50 与已发表的血浆峰浓度 Cmax 比较,作为后续研究的排序指标。卡非佐米、硼替佐米、伊沙佐米和罗米地辛的 Cmax/IC50 比值高于 1;帕比司他和伊达比星则分别约为 0.32 和 0.05。

脑肿瘤研究还涉及血脑屏障、外排转运和蛋白结合。作者明确指出,本次比值使用系统循环暴露资料,脑内及不同肿瘤区域的实际浓度仍需测量。后续优先候选应结合原位模型、脑内暴露和靶点作用证据进一步评价。

研究另外测试了具有脑穿透相关既有资料的蛋白酶体抑制剂 marizomib。在 7 个患者模型中,大多数模型对它的敏感性较低,合并 IC50 超过 10 μM,只有 1 例表现出明显高敏感性。

在细胞系中验证靶点,再推进患者模型研究

为检查候选药物作用的生物学基础,团队在 NCH82 和 NCH89 胶质母细胞瘤细胞系中降低相关靶点表达。减少 PSMB5 后,两条细胞系的存活下降;HDAC1 或 HDAC2 单独降低作用较小,同时降低两者才出现明显抑制。

患者类器官用于药物筛查,细胞系用于本次靶点实验。作者提出,未来应在患者类器官中进一步完成遗传干预,并结合基因组、转录组和单细胞资料,研究各类敏感性与肿瘤状态的联系。

作者提出,下一阶段应开展前瞻性患者研究,检验类器官药敏结果能否辅助治疗选择,并在原位模型中测量脑内和肿瘤内药物暴露,评价候选药物的靶点作用。

来源与延伸阅读

  1. Automated and personalized glioblastoma tumor organoid drug screening platform exposes sensitivity to proteasome and HDAC inhibitors. NPJ Precision Oncology (2026). ↗