浓度、作用时长与给药顺序的闭环探索
2025 年 7 月 30 日，Science Advances 发表药物组合探索平台研究。多伦多大学（University of Toronto）等机构团队把浓度、作用时长及先后顺序纳入同一实验问题，以乳腺癌球状体和患者来源类器官分别测试药物组合。
平台由微流控培养阵列、自动供液装置和实验规划算法组成。每轮实验获得细胞活性及协同相关指标后，结果返回算法，用于选择下一轮条件。在 MCF-7 球状体研究中，算法分别用 35 次同时给药实验和 32 次顺序给药实验找到协同方案，约占各自待搜索条件的 10% 和 12%。
单块芯片含 12 组培养单元，每组有 100 个微孔，可容纳合计 1,200 个球状体或类器官并比较 12 组供液条件。细胞位于模拟组织环境的水凝胶中，供液系统负责切换不同药物，使相同模型能接受连续或顺序暴露。
药物响应用活细胞与死细胞染色测量，并结合共聚焦成像及流式检测验证。算法同时考虑协同程度和细胞活性，避免仅选择最高剂量、获得低活性就视为最优组合；实验目标及允许探索的范围由具体研究设置限定。
实验规划在探索未知条件和利用已有较好结果之间切换。前者选择不确定性较高的组合以增加信息，后者围绕已有结果继续寻找表现较好的条件。团队可以调整探索与利用的平衡、增加限制或结束迭代。
探索规模减少后，完整研究仍用了 10 周寻找球状体方案、15 周寻找患者类器官方案，主要耗时来自细胞培养。作者提出用迁移学习复用既有组合信息，并继续自动化细胞装载和成像。
3 药同时处理与顺序处理的球状体比较
乳腺癌 MCF-7 球状体用于建立闭环流程，研究选择氟尿嘧啶、多柔比星和环磷酰胺三药组合。先获得单药响应，再开展同时处理的迭代实验，随后在已确定浓度基础上进一步比较先后顺序及各药作用时间。
同时处理阶段识别出达到研究协同目标的组合。顺序处理没有实现最初设定的更低细胞活性目标，但找到了 11 组与同时处理效果接近的顺序条件，其中 8 组以多柔比星开始，显示这一模型中顺序与作用时间具有实际影响。
表现较好的顺序方案中，各药分段暴露，总药物剂量比同时处理减少约 75%，细胞活性指标保持接近。
增殖指标还提供了另一层差别：同时与顺序处理在代谢活性染色中接近，但 Ki-67 检测显示同时处理后增殖细胞更少。研究因此保留多种终点，说明相近的活性数值仍可能对应不同的细胞状态。
流式检测中，对照球状体的增殖细胞占 83%，顺序三药组合处理后为 37%；单独使用多柔比星、环磷酰胺或氟尿嘧啶的对应比例分别为 53%、65% 和 61%。
患者类器官中同时处理优于所测顺序方案
研究随后把流程用于 1 例三阴性乳腺癌患者来源材料。类器官在芯片培养中形成多细胞结构，具有细胞连接及增殖相关特征，并与芯片外成熟培养模型进行比较。
这组实验比较 PARP 抑制剂奥拉帕利和 BET 抑制剂 IBET-762。团队先在常规多孔板检查组合响应，再在芯片上开展同时与顺序处理。两药涉及 DNA 损伤相关及表观遗传作用，其组合机制与前面的三药化疗不同。
同时处理找到具有协同作用的组合，所测细胞活性约为 42%。而在研究探索的顺序处理条件中，最低活性约为 87%，多轮调整没有达到与同时处理相近的抑制程度。此处顺序处理削弱了效果，与球状体中的三药结果形成对照。
部分低剂量条件下，染色估计的相对细胞活性超过 100%。作者提出，这可能与染料更容易进入类器官，或低剂量下细胞存活、修复及增殖过程发生变化有关。
DNA 损伤与增殖指标补充组合评价
在患者来源模型中，未经处理的增殖细胞比例约为 61%，两种单药处理后分别约为 31%，同时组合处理后进一步降至约 20%。
DNA 损伤相关成像显示，IBET-762 单药未引起明显 DNA 双链断裂，奥拉帕利单药则增加了出现这类损伤的细胞数量。同时使用两药时，H2AX 阳性细胞比例进一步显著增加。顺序处理时的活性下降则主要与奥拉帕利作用有关。
研究尚未用正常心肌、造血或上皮组织测试这些方案的毒性。作者将正常组织评价和更多患者模型的验证列为下一步，也计划加入免疫细胞及癌相关成纤维细胞，以考察间质对药物组合的影响。