弗朗西斯·克里克研究所建筑外墙与屋檐,2024 年。
英国弗朗西斯·克里克研究所,2024 年。(Tom Page / Wikimedia Commons / Flickr;CC BY-SA 2.0)

模型需要与原组织核对到细胞和功能层面

英国与荷兰研究者在 2023 年发表于 Frontiers in Pharmacology 的综述中,提出人肺类器官的 3 组质量问题:模型与原组织有多接近,模型库能否代表目标患者,以及单个培养物是否保留患者内部差异。它们共同影响药物研究能从类器官结果中得到什么信息。

成人肺来源模型往往带有区域特征,多能干细胞来源体系则可用于研究发育阶段。气道与肺泡类器官的细胞组成也不同。作者指出,单独表达某个标志蛋白,不足以完整说明细胞成熟度;形态、空间位置、转录组和细胞器信息需要共同核对。

部分诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)来源模型表现出未成熟细胞状态,某些肺泡模型长期培养后还可能偏离原先肺细胞身份。对于药物评价,同一“肺类器官”名称下的实际细胞类型和成熟状态需要分别说明。

肺癌基因相似度之外,还要比较模型表型

肺癌类器官与原肿瘤的基因一致性已有较多研究,但检测范围并不相同。只检查常见驱动变化时,更容易观察到在多数肿瘤细胞中共享的变异;能否保留少数亚克隆,还需要足够深入的比较。

转录和功能层面的差异则更难判断。培养模型通常缺少原有基质及免疫成分,这可能改变细胞状态与药物反应。作者主张更深入地比较类器官与原组织,并结合其他模型或数据检验具体结论。

模型库的建立过程可能改变患者代表性

患者之间的年龄、性别、疾病状态与细胞分化能力不同;仅用少量、容易培养的样本,可能不能反映目标人群。综述还指出,不同研究的取样、培养液和“建立成功”定义不同,肺癌类器官报告的建立率约为 15%–80%,难以据此直接比较哪种方法更好。

当时多数肺癌模型来自原发肿瘤手术材料,早期病变和晚期转移人群的覆盖并不相同。某些晚期患者恶性积液来源模型建立较成功,但仍需判断模型库是否保留原队列不同病理和基因背景。

综述举例说明了器官来源的重要性:一个覆盖 664 名囊性纤维化患者的类器官集合采用直肠组织,气道类器官的相应功能测量则有较大变异,并且依赖充分分化的模型。因此,患者数、取材器官和功能检测条件需要一并说明。

同一患者的取样位置与培养选择也会影响结果

正常肺沿近端到远端有不同细胞组成,慢性疾病还会改变局部环境。同一患者不同部位的细胞,进入培养后也可能保留不同反应。作者认为,记录具体取材位置,是改善可重复性的一项基础信息。

肿瘤内部同样存在遗传与表型差异。取样偏差、少数亚克隆的选择性扩增,以及持续的遗传不稳定性,都可能改变最终培养物。综述提出从不同肿瘤区域建立模型,并充分比较原肿瘤与培养物的亚克隆特征。

作者的建议集中在更深入的组织身份表征、更具多样性的样本库,以及培养条件的标准化。药物反应比较还要说明采用了哪些患者、哪些区域和哪种细胞组成,才能将生物差异与培养造成的差异分开考察。

来源与延伸阅读

  1. Open questions in human lung organoid research. Frontiers in Pharmacology. 2023. doi:10.3389/fphar.2022.1083017 ↗